2014 Fiscal Year Research-status Report
メゾスコピック量子導体における非平衡熱電効果と揺らぎの定理
| Project/Area Number |
26400390
|
|---|
| Research Institution | Mie University |
|---|
Principal Investigator |
内海 裕洋 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10415094)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 非平衡・非線形物理 / メゾスコピック量子輸送 / 半導体ナノ構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、量子導体の電気伝導を念頭に、ジュール熱が「量子揺らぎの定理」に与える影響を明らかにすることを目的としている。平成26年度の研究計画は、音響フォノン熱溜めのモデル化と熱流の完全計数統計（確率分布）の計算、および「揺らぎの定理」の検討である。具体的に平成26年度は、以下の成果を得た。
１）熱溜めを温度プローブ電極でモデル化し、熱流の完全計数統計（確率分布）を求め、熱溜めの「揺らぎの定理」に与える効果を調べている。そして定常状態では、「揺らぎの定理」が熱溜めのもとでも成り立つという結果を得ている。ナノスケールの量子導体において、ジュール熱の非平衡揺らぎは「揺らぎの定理」を満たした非ガウス分布に従う。そのため、温度プローブ電極の温度揺らぎも「揺らぎの定理」を反映する。温度の揺らぎについてランジュバン方程式をもとめ、それを解析することで本研究の成果を得た。
２）量子導体を量子２準位系とし、それを外部から駆動したときに、熱溜めに放出する熱流の確率分布を、量子マスター方程式を用いて計算した。その結果、量子導体の始状態と終状態について条件を付けた熱流の確率分布が、「詳細揺らぎの定理」とよばれる非平衡統計力学の定理を満たすことを示した。さらに、熱流の条件付き確率分布は、ディフェージング時間の程度の間、時間とともに振動することを見出した。この振動は、事前および事後選択を行ったアンサンブルでのみ現れる、量子干渉効果である。
３）電極電子の加熱の効果を取り入れて、電流ノイズの線形応答と電流の２次の非線形応答係数を求めている。
１）と２）の成果は論文にまとめ発表し、３）は国内学会で報告している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度の研究計画は、音響フォノン熱溜めのモデル化と熱流の完全計数統計（確率分布）の計算と、揺らぎの定理の検討である。平成26年度は、おおむね計画通り熱溜めを温度プローブ電極でモデル化して熱流の完全計数統計を求め、その揺らぎの定理を検討した。またそれに加えて、事前および事後選択を行うことで量子性を顕著に熱流の確率分布に反映させる方法も見出した。この成果は今後、「量子揺らぎの定理」を実験的に研究する場合に、有益な知見を与えると期待している。また電極の電子溜めの加熱の効果についても解析をおこない、予備的な成果を得ている。これらから、おおむね順調に進んでいると自己評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度の研究を通じて、揺らぎの定理に従う非ガウスノイズの影響をうけた、温度揺らぎを扱うランジュバン方程式を開発した。そして、本研究で用いた温度プローブと量子導体の理論モデルは、温度プローブを負荷、量子導体を微小なエンジン（熱機関）とみなすことで、近年研究が進んでいる「微小エンジンについての揺らぎの定理」に応用できるという着想を研究の過程で得た。今後、当初の平成27年度以降の研究計画である、量子導体における空間的な温度分布の影響の研究に加えて、平成26年度の研究で開発したモデルと計算手法を、「微小エンジンについての揺らぎの定理」に応用することを考えている。また事前および事後選択を行った場合に、熱流の確率分布に現れる量子干渉効果の発見を通じ、量子系においての熱とエントロピーの重要性が明らかになってきた。今後は、これらの方向の研究を進めていくことも考えている。
|
| Causes of Carryover |
海外出張費と国際会議登録費を抑えることができたため。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国内研究者招へい費用の補充または論文投稿費用として用いる計画である。
|
