[论文解读] Coherent time-dependent oscillations and temporal correlations in triangular triple quantum dots

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

Quantum and electron transport phenomena参考文献 87被引用 3

一句话总结

本文在 Born-Markov 主方程框架下，利用等待时间分布（WTDs）研究了三角形三量子点（TQDs）中相干的时变电荷输运。结果表明，WTDs 可揭示与时间依赖的量子点占据数相关的相干振荡，并揭示出相邻等待时间之间的量子关联——这些关联可通过磁通和电子相互作用进行调控，从而利用非泊松统计区分原本无法区分的 TQD 构型。

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.

研究动机与目标

• 研究超越长时间电流累积量的三角形 TQDs 时分辨电荷输运。
• 探讨量子相干性和电子-电子相互作用如何影响等待时间统计。
• 证明等待时间分布（WTDs）可揭示隐藏关联，并区分具有相同全计数统计（FCS）的 TQD 构型。
• 分析阿哈罗诺夫-玻姆干涉和多电子、有限相互作用 TQD 体系中的暗态作用。
• 将相干输运分析从单占据扩展至更高占据和相互作用体系。

提出的方法

• 使用 Born-Markov 主方程模拟相干耦合 TQDs 中的开放量子动力学。
• 计算具有源-漏不对称性的三角形 TQD 几何结构的标准及高阶等待时间分布（WTDs）。
• 在主方程形式中引入电子-电子相互作用和有限占据数（最多三个电子）。
• 施加外部磁通以诱导阿哈罗诺夫-玻姆相移并调节干涉效应。
• 利用高阶 WTD 累积量分析相邻等待时间之间的关联。
• 比较不同 TQD 构型的结果，包括那些具有相同 FCS 但不同 WTD 行为的构型。

实验结果

研究问题

• RQ1 等待时间分布能否揭示多电子 TQDs 中与时间依赖量子点占据数相关的相干振荡？
• RQ2 电子-电子相互作用和有限占据数如何影响 TQDs 中相邻等待时间之间的关联？
• RQ3 WTDs 能否区分通过全计数统计（FCS）无法区分的 TQD 构型？
• RQ4 阿哈罗诺夫-玻姆干涉在多电子、高占据数 TQD 体系中，能在多大程度上调节暗态和量子关联？
• RQ5 磁通在调制 TQD 输运中的相干振荡和时间关联方面起什么作用？

主要发现

• 即使在多电子和相互作用体系中，WTDs 仍直接对应于时间依赖的量子点占据概率的相干振荡。
• 量子相干效应会诱导相邻等待时间之间的可观测关联，且可通过外加磁场进行调控。
• WTDs 可区分具有相同全计数统计（FCS）的 TQD 构型，揭示隐藏的干涉和关联结构。
• 在高占据数体系中，可通过阿哈罗诺夫-玻姆干涉调节暗态，突破单电子极限。
• 在破坏性干涉点，等待时间分布表现出超泊松统计，表明存在雪崩隧穿或强关联。
• 高阶 WTD 累积量可灵敏探测多体量子效应，包括相干布居囚禁和干涉。