[논문 리뷰] Signatures of discrete time-crystallinity in transport through quantum dot arrays

Subhajit Sarkar, Yonatan Dubi|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 09.

Quantum and electron transport phenomena참고 문헌 43인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 전극에 결합된 주기적으로 구동되는 양자점 배열이 안정적이고 준안정적인 이산 시간 결정 및 퀀텀 결정 상을 지닐 수 있으며, 이 시간 결정성은 운반 측정에서 측정 가능한 스핀 전류를 통해 감지될 수 있다고 제안한다. 이러한 결과들은 현재의 양자점 기술로 실험적으로 접근 가능하며, 환경이 시간 결정성 질서를 파괴한다는 개념에 도전한다.

ABSTRACT

Discrete time-crystals are periodically driven quantum many-body systems with broken discrete-time translational symmetry. Measurements of time-crystallinity are currently limited to optical experiments due to the conception that the presence of an environment destroys the time-crystal behavior. We demonstrate that a periodically driven quantum dot array attached to electrodes exhibits both stable and meta-stable discrete time-crystal and quasi-crystal behaviors. These behaviors are manifested in spin-current measurable in transport set-up. The present-day availability of quantum dot arrays with electrically controllable sites makes our findings experimentally verifiable.

연구 동기 및 목표

• 주기적으로 구동되는 열린 시스템으로 연결된 양자점 배열에서도 이산 시간 결정성 질서가 유지될 수 있음을 보여주며, 일반적으로 환경이 이러한 상을 파괴한다고 여겨지는 견해에 도전한다.
• 특히 전송 구성에서의 스핀 전류 측정을 통해 시간 결정성의 실험적으로 접근 가능한 서명을 규명한다.
• 현실적인 열린 시스템 조건에서 주기적으로 구동되는 많은 양의 양자점 배열에서 시간 결정성 및 퀀텀 결정성 행동의 안정성과 발생을 탐색한다.
• 시간 결정성 이론 예측과 현재 전기적으로 조절 가능한 양자점 배열에서의 실험 능력 사이의 다리를 쌓는다.

제안 방법

• 시간 주기적 구동을 포함한 다체 해밀토니안을 사용하여 전도도에 연결된 주기적으로 구동되는 양자점 배열을 모델링한다.
• 비평형 그린 함수 기법을 사용하여 주기적 경계 조건 하에서의 구동 시스템에서의 스핀 전류 반응을 계산한다.
• 시간에 따라 변화하는 스핀 전류를 분석하여 이산 시간 이동 대칭성을 깨는 주기적 변조에 대해 고조파 반응을 식별한다.
• 구동 진폭, 터널링 결합 및 상호작용 강도와 같은 시스템 매개변수를 조절하여 안정적이고 준안정적인 상을 조사한다.
• 구동 주파수의 반으로 나타나는 스핀 전류의 고조파 반응 관찰을 통해 시간 결정성 질서의 존재를 확인한다.
• 현재의 양자점 제작 및 측정 기술로 접근 가능한 실험적 매개변수를 사용하여 예측된 현상이 실현 가능함을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주기적으로 구동되는 양자점 배열이 전도도에 연결되어 있음에도 불구하고, 이산 시간 결정성 질서가 유지될 수 있는가?
• RQ2 이러한 시스템에서 시간 결정성 및 퀀텀 결정성 상의 존재를 드러내는 측정 가능한 전송 서명은 무엇인가?
• RQ3 구동 주파수, 터널링 및 상호작용과 같은 시스템 매개변수가 시간 결정성 질서의 안정성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 준안정적인 시간 결정성 상은 열린 양자점 시스템에서 발생할 수 있으며, 안정된 상과 어떻게 구별되는가?

주요 결과

• 전도도에 연결된 상태에서도 주기적 구동 조건 하에서 안정적이고 준안정적인 이산 시간 결정성 및 퀀텀 결정성 상이 존재한다.
• 시간 결정성은 구동 주파수의 반으로 나타나는 스핀 전류의 고조파 반응으로 나타나며, 직접적인 실험적 서명을 제공한다.
• 환경 결합에 대비하여도 스핀 전류 반응은 강건하게 유지되며, 시간 결정성 질서가 열린 시스템 역학에 의해 파괴된다는 가정에 도전한다.
• 예측된 현상들은 현재의 양자점 기술로 실현 가능하며, 개별 입자는 전기적으로 제어 가능하고 전송 측정은 일반적으로 수행된다.