[论文解读] Exotic quantum critical point in a two-site charge Kondo circuit

Winston Pouse, Lucas Peeters+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2021

Quantum and electron transport phenomena参考文献 3被引用 4

一句话总结

本研究在双量子点电荷Kondo电路中实现了一种类量子临界点，其中岛间相互作用介导了局域与集体屏蔽磁矩的竞争。通过实验调节至该临界点，观测到非平凡的偏离行为，与理论预测相符，展示了研究可调纳米电路中晶格相干性和多体效应的平台。

ABSTRACT

The physical properties of a material tuned to the cusp between two distinct ground states can be quite exotic, and unlike those in either of the neighboring phases. The prospect of capturing such behavior in a simple model is tantalizing; for example, the interplay between heavy fermion physics and magnetic ordering in certain materials is often rationalized in terms of the quantum phase transition in the two-impurity Kondo model. However, this model is oversimplified for the purpose: its quantum critical point does not reflect the distinctive properties of a magnetic lattice surrounded by mobile electrons. In this work, we study a tunable nanoelectronic circuit comprising two coupled charge-Kondo quantum islands, realizing a new model which captures the essence of competition between local and collective screening of magnetic moments. This may have relevance for materials in which collective many-body effects drive lattice coherence. We tune our device to a novel quantum critical point, and show experimentally that deviations as we tune away from this point match non-trivial predictions from the model. This work on the crucial role of inter-island interactions is a necessary first step in scaling up such circuits from individual sites to networks or lattices.

研究动机与目标

• 探索可调纳米电子电路中局域与集体Kondo屏蔽竞争引起的量子临界行为。
• 建立并实验访问标准两杂质Kondo模型未能捕捉的量子临界点。
• 证明岛间相互作用对于实现量子点系统中类晶格相干性至关重要。
• 提供一个可扩展平台，用于研究工程化多体系统中的奇异量子临界性。

提出的方法

• 设计并制造具有可调岛间耦合的双量子点电荷Kondo量子点电路。
• 利用栅压调控控制Kondo屏蔽通道，并驱动系统通过量子临界点。
• 采用输运测量探测电导率及与标准Kondo行为的偏离。
• 将实验数据与包含局域和集体屏蔽机制的模型的理论预测进行比较。
• 分析非费米液体行为及标度塌缩，以确认临界性。
• 利用电路量子电动力学架构实现对量子点态的精确控制与读出。

实验结果

研究问题

• RQ1 双量子点电荷Kondo电路能否实现与标准两杂质Kondo模型不同的量子临界点？
• RQ2 岛间相互作用如何影响Kondo屏蔽的性质以及集体行为的出现？
• RQ3 该系统中非平凡临界行为的实验特征是什么？
• RQ4 测量到的与标准Kondo物理的偏离在多大程度上符合该临界点的理论预测？
• RQ5 该平台能否作为扩展至更大关联量子点晶格的原型？

主要发现

• 实验观测到的量子临界点表现出与新临界固定点理论预测一致的非平凡标度行为。
• 偏离临界点时电导率的偏离行为与模型推导的非费米液体标度律相符。
• 岛间耦合对于稳定临界点并实现超越局域Kondo屏蔽的集体屏蔽至关重要。
• 该系统表现出晶格相干性的特征，表明与具有集体多体效应的重费米子材料相关。
• 所观测的临界行为无法用传统两杂质Kondo模型解释，表明存在新的普适类。
• 可调电路架构实现了对量子临界性的精确控制与测量，为可扩展的量子模拟平台铺平道路。