[論文レビュー] Pumping through interacting quantum dots: inelastic scattering and corrections to Brouwer's formula

Davide Fioretto, Alessandro Silva|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2007

Quantum and electron transport phenomena被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、電子相互作用による非弾性散乱を考慮するための摂動的断熱形式を構築することで、相互作用を含む量子ドットへのブラウアーの量子ポンプ公式の拡張を行う。これはブラウアーの公式に類似したコherentな寄与と、ボソン的バースに起因する相互作用による補正を特定し、デコherence効果にもかかわらずトランズルーパーポンプにおける電荷量子化の頑健性を示している。

ABSTRACT

Adiabatic quantum pumping in noninteracting, phase coherent quantum dots is elegantly described by Brouwer's formula. Interactions within the dot, while suppressing phase coherence, make Brouwer's formalism inapplicable. In this paper, we discuss the nature of the physical processes forcing a description of pumping beyond Brouwer's formula, and develop, using a controlled adiabatic expansion, a useful formalism to study the effect of interactions within a generic perturbative scheme. The pumped current consists of a first contribution, analogous to Brouwer's formula and accounting for the remanent coherence, and of interaction corrections describing inelastic scattering. We apply the formalism to study the effect of interaction with a bosonic bath on a resonant level pump and discuss the robustness of the quantization of the pumped charge in turnstile cycles.

研究の動機と目的

• 量子ドット内での電子相互作用の存在下でブラウアーの公式が破綻することへの対処。
• 非相互作用的・位相コherentな領域を超えた、制御された摂動的断熱形式の開発。
• 相互作用に起因する非弾性散乱効果とコherentポンプ寄与の分離。
• ボソン的バースへの結合が共鳴準位ポンプにおける電荷量子化に与える影響の分析。

提案手法

• 制御された断熱展開を用いて、ポンプ形式に相互作用効果を体系的に組み込む。
• ブラウアーの公式に類似した一次項としてのコherentな項に電流を分解する。
• ボソン的バースによって媒介される非弾性散乱過程を記述する相互作用補正を導出する。
• 電荷量子化を研究するために、ボソン的環境への結合を有する共鳴準位モデルに形式を適用する。
• 断続的摂動スキームを用いて、断続的および位相コherenceを一次項で保ちつつ、電流への補正を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電子-電子相互作用は、非相互作用限界を超えて量子ドット内のポンプ電流にどのように影響するか？
• RQ2 非弾性散乱の下で、ブラウアーの公式に対する相互作用補正の構造はいかなるものか？
• RQ3 ボソン的バースへの結合は、トランズルーパーポンプにおける電荷量子化にどのように影響するか？
• RQ4 デコherenceが相互作用によって抑制される中でも、量子化された電荷輸送はどの程度頑健か？

主な発見

• ポンプ電流は、ブラウアーの公式に類似したコherentな寄与と、非弾性散乱に起因する相互作用による補正に分割される。
• 相互作用補正はボソン的バースへの結合に起因し、断続的摂動理論を用いて体系的に導出される。
• 形式は弱い相互作用およびゆっくりとした駆動に対して有効な一貫した摂動的フレームワークを提供する。
• 相互作用が位相コherenceを低下させても、トランズルーパー周期における電荷量子化は依然として頑健である。
• 補正項はボソン的バースのスペクトル特性および相互作用による準位幅拡大に依存する。