[논문 리뷰] Coherent time-dependent oscillations and temporal correlations in triangular triple quantum dots

Samuel L. Rudge, Daniel S. Kosov|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 16.

Quantum and electron transport phenomena참고 문헌 87인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 보른-마르코프 마스터 방정식 프레임워크 내에서 대기 시간 분포(WTDs)를 사용하여 삼중 양자점(TQDs)에서의 일관된 시간 의존 전하 운반을 조사한다. WTDs가 시간 의존 도트 점유율과 관련된 일관된 진동을 드러내며, 이는 자기장 및 전자 상호작용을 통해 조절 가능한 연속된 대기 시간 간의 양자 상관관계를 드러내며, 비포isson 통계를 통해 이질적이지 않은 TQD 구성을 식별할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

The fluctuation behavior of triple quantum dots (TQDs) has, so far, largely focused on current cumulants in the long-time limit via full counting statistics. Given that (TQDs) are non-trivial open quantum systems with many interesting features, such as Aharonov-Bohm interference and coherent population blocking, new fluctuating-time statistics, such as the waiting time distribution (WTD), may provide more information than just the current cumulants alone. In this paper, we use a Born-Markov master equation to calculate the standard and higher-order WTDs for coherentlycoupled TQDs arrayed in triangular ring geometries for several transport regimes. In all cases we find that the WTD displays coherent oscillations that correspond directly to individual time-dependent dot occupation probabilities, a result also reported recently in Ref.[1]. Our analysis, however, goes beyond the single-occupancy and single waiting time regimes, investigating waiting time behavior for TQDs occupied by multiple electrons and with finite electron-electron interactions. We demonstrate that, in these regimes of higher occupancy, quantum coherent effects introduce correlations between successive waiting times, which we can tune via an applied magnetic field. We also show that correlations can be used to distinguish between TQD configurations that have identical FCS and that dark states can be tuned with Aharonov-Bohm interference for more complicated regimes than single-occupancy.

연구 동기 및 목표

• 장시간 전류 누적량을 넘어서 시간 해상도를 갖춘 전하 운반을 조사하기 위해.
• 양자 일관성과 전자-전자 상호작용이 대기 시간 통계에 미치는 영향을 탐색하기 위해.
• 대기 시간 분포(WTDs)가 동일한 전체 수세기 통계(FCS)를 가진 TQD 구성 간의 숨겨진 상관관계를 드러내고 이를 식별할 수 있음을 보여주기 위해.
• 다전자, 유한 상호작용 TQD 영역에서 아하로노프-봄 간섭과 어둠진 상태의 역할을 분석하기 위해.
• 단일 점유 상태에서의 일관된 운반 분석을 고점유 상태 및 상호작용 영역으로 확장하기 위해.

제안 방법

• 일관된 결합된 TQDs에서의 개방 양자 역학을 모델링하기 위해 보른-마르코프 마스터 방정식을 사용한다.
• 원천-소크 비대칭성을 가진 삼각형 TQD 기하구조에 대해 표준 및 고차 대기 시간 분포(WTDs)를 계산한다.
• 마스터 방정식 형식에 전자-전자 상호작용과 유한 점유 상태(최대 3개 전자)를 통합한다.
• 외부 자기장 조건을 적용하여 아하로노프-봄 위상 이동을 유도하고 간섭 효과를 조절한다.
• 고차 대기 시간 분포 누적량을 사용하여 연속된 대기 시간 간의 상관관계를 분석한다.
• 동일한 FCS를 가진 다양한 TQD 구성 간의 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대기 시간 분포는 다전자 TQD에서 시간 의존 도트 점유율과 관련된 일관된 진동을 드러낼 수 있는가?
• RQ2 전자-전자 상호작용과 유한 점유 상태는 TQD에서 연속된 대기 시간 간의 상관관계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 WTDs는 동일한 전체 수세기 통계(FCS)를 가진 TQD 구성 간을 식별할 수 있는가?
• RQ4 아하로노프-봄 간섭은 고점유 상태 TQD 영역에서 어둠진 상태와 양자 상관관계를 어느 정도 조절할 수 있는가?
• RQ5 자기장은 TQD 운반에서 일관된 진동과 시간적 상관관계를 조절하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• WTDs는 다전자 및 상호작용 영역에서도 시간 의존 도트 점유 확률과 직접적으로 대응하는 일관된 진동을 나타낸다.
• 양자 일관성 효과는 연속된 대기 시간 간의 측정 가능한 상관관계를 유도하며, 이는 적용된 자기장에 의해 조절 가능하다.
• 동일한 전체 수세기 통계(FCS)를 가진 TQD 구성 간을 WTDs가 식별할 수 있으며, 숨겨진 간섭 및 상관관계 구조를 드러낸다.
• 고점유 상태 영역에서 어둠진 상태는 아하로노프-봄 간섭을 통해 조절 가능하며, 단일 전자 한계를 초월한다.
• 파괴적 간섭 지점에서 대기 시간 분포는 초포isson 통계를 보이며, 압도적 터널링 또는 강한 상관관계를 시사한다.
• 고차 대기 시간 분포 누적량은 공명 인발 및 간섭을 포함한 다체 양자 효과를 민감하게 탐지할 수 있다.