[论文解读] Pumping through interacting quantum dots: inelastic scattering and corrections to Brouwer's formula

Davide Fioretto, Alessandro Silva|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2007

Quantum and electron transport phenomena被引用 1

一句话总结

本文通过发展一种考虑电子相互作用引起的非弹性散射的微扰绝热形式理论，将Brouwer的量子泵浦公式扩展至相互作用的量子点系统。它识别出类似于Brouwer公式的相干贡献，以及由玻色子热浴引起的相互作用修正，证明了在退相干效应下旋转变换泵浦中电荷量子化的鲁棒性。

ABSTRACT

Adiabatic quantum pumping in noninteracting, phase coherent quantum dots is elegantly described by Brouwer's formula. Interactions within the dot, while suppressing phase coherence, make Brouwer's formalism inapplicable. In this paper, we discuss the nature of the physical processes forcing a description of pumping beyond Brouwer's formula, and develop, using a controlled adiabatic expansion, a useful formalism to study the effect of interactions within a generic perturbative scheme. The pumped current consists of a first contribution, analogous to Brouwer's formula and accounting for the remanent coherence, and of interaction corrections describing inelastic scattering. We apply the formalism to study the effect of interaction with a bosonic bath on a resonant level pump and discuss the robustness of the quantization of the pumped charge in turnstile cycles.

研究动机与目标

• 解决在量子点中电子相互作用存在时Brouwer公式失效的问题。
• 在非相互作用、相位相干的物理 regime 之外，发展一种可控的微扰绝热形式理论以描述绝热量子泵浦。
• 将相干泵浦贡献与由相互作用引起的非弹性散射效应分离开来。
• 分析与玻色子热浴耦合对共振能级泵浦中电荷量子化的影响。

提出的方法

• 采用受控的绝热展开，系统地将相互作用效应纳入泵浦形式理论中。
• 将泵浦电流分解为一个主导阶的相干项，其形式类似于Brouwer的公式。
• 推导出描述由玻色子热浴介导的非弹性散射过程的相互作用修正项。
• 将该形式理论应用于与玻色子环境耦合的共振能级模型，以研究电荷量子化。
• 使用微扰方案计算电流的修正项，同时在主导阶保持绝热性和相位相干性。

实验结果

研究问题

• RQ1 电子-电子相互作用在非相互作用极限之外如何改变量子点中的泵浦电流？
• RQ2 在存在非弹性散射的情况下，Brouwer公式中的相互作用修正项具有何种结构？
• RQ3 与玻色子热浴的耦合如何影响旋转变换泵浦中的电荷量子化？
• RQ4 电荷输运的量子化在多大程度上对由相互作用引起的退相干具有鲁棒性？

主要发现

• 泵浦电流可分解为类似于Brouwer公式的相干贡献，以及由非弹性散射引起的相互作用修正项。
• 相互作用修正项源于与玻色子热浴的耦合，并通过绝热微扰理论系统推导得出。
• 该形式理论提供了一个在弱相互作用和缓慢驱动条件下有效的、一致的微扰框架。
• 即使相互作用抑制了相位相干性，旋转变换循环中的电荷量子化依然保持鲁棒。
• 修正项依赖于玻色子热浴的谱特性以及由相互作用引起的能级展宽。