[논문 리뷰] Spatial Coherence of Tunneling in Double Wells

Leonid Levitov, A. V. Shytov|arXiv (Cornell University)|1995. 07. 15.

Quantum and electron transport phenomena참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 약한 자기장에서 두 2D 전자기체 간의 터널링이 사이클로트론 궤도 전체에 균일하게 분포한 장수명이고 공간적으로 위상공유 상태인 진동자 상태를 통해 일어남을 제안한다. 터널링 갭은 자기장에 선형적으로 비례하며 전자 밀도 불일치에 매우 민감하다. 공간적 위상공유는 평면 내 자기장에 의해 전류에서 아하로노프-보함 진동이 유도되어 확인되며, 이는 사이클로트론 궤도를 넘어선 위상공유 터널링을 뒷받ány한다.

ABSTRACT

We argue that the tunneling between two 2D electron gases in a weak magnetic field is of resonance character, and involves a long lifetime excitonic state of an electron and hole {\it uniformly spread} over cyclotron orbits. We find that the tunneling gap is linear in the field, in agreement with the experiment, and is anomalously sensitive to the electron density mismatch in the wells. The spatial coherence of tunneling along the orbit can be probed by magnetic field parallel to the plane, which produces an Aharonov-Bohm phase of the tunneling amplitude, and leads to an oscillatory field dependence of the current.

연구 동기 및 목표

• 약한 자기장에서 두 2D 전자기체 간의 터널링 메커니즘의 성격을 이해하는 것.
• 실험적으로 관측된 터널링 갭이 자기장에 선형적으로 의존하는 이유를 설명하는 것.
• 진동자 상태에 의해 매개되는 이중우물 터널링에서 공간적 위상공유의 역할을 조사하는 것.
• 평면 내 자기장에 의해 유도된 아하로노프-보함 효과를 통해 터널링의 위상공유 길이를 탐지하는 것.
• 터널링이 두 우물 간 전자 밀도 불일치에 어떻게 영향을 받는지 분석하는 것.

제안 방법

• 약한 수직 자기장 하에서 두 2D 전자기체로 구성된 시스템을 모델링하고, 장수명 진동자 상태에 의해 터널링이 매개됨을 가정한다.
• 진동자 상태가 사이클로트론 궤도 전체에 균일하게 퍼져 있음을 가정하여 장거리 공간적 위상공유를 이룬다.
• 평면 내 자기장에 의해 유도된 아하로노프-보함 위상이 포함된 타이트버레인 유사 접근법을 사용하여 터널링 강도를 기술한다.
• 터널링 갭이 자기장에 선형적으로 의존하는 것으로 유도하며, 실험 관측과 일치한다.
• 터널링 전류가 평면 내 자기장에 따라 어떻게 변하는지 분석하여 위상공유에 기인한 진동 행동을 탐지한다.
• 결합된 진동자 상태를 기술하기 위해 전자-홀 상호작용에 대한 평균장 처리를 시행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약한 자기장에서 두 2D 전자기체 간의 터널링 메커니즘은 어떤 성격을 지닌다?
• RQ2 왜 실험적으로 관측된 바와 같이 터널링 갭이 자기장에 선형적으로 비례하는가?
• RQ3 왜 사이클로트론 궤도 길이에 걸쳐 터널링 과정의 공간적 위상공유가 유지되는가?
• RQ4 터널링 강도의 공간적 위상공유를 드러내는 실험적 서명은 무엇인가?
• RQ5 전자 밀도 불일치는 터널링 갭과 위상공유에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 터널링 갭은 자기장에 선형적으로 증가하며, 실험 측정과 정량적으로 일치한다.
• 터널링 과정은 사이클로트론 궤도 전체에 균일하게 분포한 장수명 진동자 상태를 포함하며, 이는 공간적 위상공유를 보장한다.
• 시스템은 두 우물 간 전자 밀도 불일치에 대해 터널링 갭이 매우 민감하게 반응한다.
• 평면 내 자기장은 터널링 강도에 아하로노프-보함 위상을 유도하여 전류가 자기장에 따라 진동하는 성질을 띤다.
• 관측된 진동은 장거리 사이클로트론 궤도를 넘어선 위상공유 터널링의 존재를 확인한다.
• 터널링의 공간적 위상공유 길이는 사이클로트론 궤도 지름과 유사하며, 확산된 진동자 상태를 나타낸다.