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2013 年度 実績報告書

多電子散乱状態による開放量子系における電気・スピン伝導の解析

研究課題

研究課題/領域番号 23740301
研究機関神奈川大学

研究代表者

西野 晃徳  神奈川大学, 工学部, 准教授 (00466848)

キーワード量子ドット / 量子輸送 / 開放量子系 / 散乱状態 / 厳密解 / 多体束縛状態 / 電流電圧特性 / 負性微分伝導度
研究概要

相互作用共鳴準位模型で記述される開放型量子ドットの多電子散乱状態の厳密解を構成し、これを用いて、有限バイアス電圧下の系の電流電圧特性を解析的に得ました。この結果により、相互作用による負性微分伝導度と系の非対称性による電流の回復現象を見ました。
開放型量子ドットの模型として、量子ドットに導線が左右非対称に接続された相互作用共鳴準位模型を用いました。量子ドット付近のクーロン相互作用の強さも、一般に左右非対称であるとしました。また、導線の分散関係はフェルミ面付近で線形近似しました。
この開放型量子ドットの多電子散乱状態の厳密解を構成しました。左右非対称な場合には、従来用いられてきた「導線2本の量子ドット系を2つの導線1本の系に写像する変換」が使用できないため、純粋なる導線2本の量子ドット系を扱う手法を開発しました。これにより、任意のNに対するN電子散乱状態の厳密解を得ました。相互作用の効果は2電子束縛状態として現れることが分かりました。
この多電子散乱状態を「ランダウアー公式の拡張」に適用することにより、有限バイアス電圧下の系の平均電流を得ました。まず、N電子散乱状態を用いて、電流演算子の量子力学的期待値を相互作用パラメータの1次まで計算しました。この期待値においてN無限大の極限をとることにより、電流の統計力学的期待値(平均電流)を得ました。得られた結果は紫外発散を含むため、これを繰り込み群の手法で処理し、「近藤温度」と非対称パラメータで特徴付けられる普遍電流を得ました。
得られた普遍電流の電流電圧特性から、クーロン相互作用により、高バイアスで電流が抑制される現象、負性微分伝導度を見ました。これは散乱状態に現れた2体束縛状態により説明されます。また、系の非対称性により、抑制された電流が回復されることが分かりました。これらは数値繰り込み群による結果とも一致します。

  • 研究成果

    (4件)

すべて その他

すべて 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [学会発表] Many-body resonances in double quantum-dot systems

    • 著者名/発表者名
      Akinori Nishino, Naomichi Hatano, Gonzalo Ordonez
    • 学会等名
      STATPHYS25
    • 発表場所
      Seoul National University, Seoul, Korea
  • [学会発表] I-V characteristics of open quantum-dot systems with asymmetric interactions

    • 著者名/発表者名
      Akinori Nishino, Naomichi Hatano, Gonzalo Ordonez
    • 学会等名
      Mathematical Statistical Physics
    • 発表場所
      Yukawa Institute of Theoretical Physics, Kyoto University, Kyoto
  • [学会発表] 非対称相互作用を持つ開放型量子ドットのIV特性

    • 著者名/発表者名
      西野晃徳,羽田野直道,Gonzalo Ordonez
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
  • [備考] Akinori Nishino

    • URL

      http://www.n.kanagawa-u.ac.jp/~nishino/

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公開日: 2015-05-28  

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