2018 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブ量子ドットにおける近藤効果:フェルミ液体状態と量子輸送の解析
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18J10205
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
寺谷 義道 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC2)
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2018-04-25 – 2020-03-31
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| Keywords | 物性理論 / 近藤効果 / 量子ドット / 高次フェルミ流体補正 / 数値くりこみ群 / 電子相関 / 電流ノイズ / 非線形感受率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究では、小林研介実験グループ(大阪大学理学研究科)と協力し、カーボンナノチューブ(CNT)などの多数の局在電子軌道を持つ量子ドットの系で生じるSU(N)近藤効果について、数値くりこみ群(NRG)を用いて、その局所フェルミ流体状態の輸送的性質をバイアス電圧に対する線形、および非線形応答領域において詳細に解析した。特に今年度は以下の2点について研究を進めた:
1. 小林研究室で観測された磁場中のCNTドットにおけるSU(4)-SU(2)近藤状態間のクロスオーバーについて、その温度依存性の解析を進めた。具体的には、コンダクタンスの温度依存性や、基底状態から高エネルギー励起を含むスペクトル関数の振動数依存性の計算を行い、励起状態の磁場による変化を調べた。コンダクタンスの結果については、近藤温度によるスケーリング解析から、そのユニバーサリティがSU(4)からSU(2)のものへ移行している事が示された。スペクトル関数に関しては、磁場によってフェルミ準位から離れる状態の共鳴準位の位置は、磁場の増大により原子極限に対応した位置に近づく事がわかった。
2.バイアス電圧に対する非線形応答領域におけるフェルミ流体状態について、CNTドットも含む一般的なN個の電子軌道を持つ量子ドットを対象として、非平衡電流の定式化と計算を行った。N=2の場合は既に所属研究室で先行研究がなされており、電子・正孔が非対称な場合に従来の線形感受率に加えて、より高次のフェルミ流体補正項である3体非線形感受率も輸送係数に寄与する事が分かっていた。我々は大きなNである、N=4,6,8の場合についても線形および非線形感受率の計算をし、その結果から、3体非線形感受率は局在電子数が1個およびN-1個になる領域で増大し、電流のバイアス電圧に対する3乗項に大きく寄与する事を、数値くりこみ群による計算から示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」で記述した第1の研究の進捗状況に関しては、カーボンナノチューブ量子ドットにおけるSU(4)からSU(2)近藤状態へのクロスオーバーについて、数値くりこみ群を用いてその温度依存性を詳細に解析し、実験との比較も含めた着実な進展があった。現在、得られた結果と考察をまとめた論文を Physical Review B に投稿準備中である。
第2の研究の進捗状況に関しては、我々は非平衡電流の公式を一般のN個の電子軌道を持つ量子ドットに適用できる様に拡張し、また数値くりこみ群のコードにも、大きなNを扱うための新しいアルゴリズムを導入し、従来の方法では不可能であったN=6,8の場合についても非線形電流の解析を進め、大きな進展が得られた。我々は得られた成果を既に、日本物理学会2018年秋季大会や第74回年次大会(2019年)、および APS March Meeting 2019 で口頭発表を行っており、論文を作成中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
我々が研究を行っている、多軌道量子ドットの非平衡電流の計算については、現在は微分コンダクタンスにあらわれる線形および非線形感受率の解析を行っているが、これらの感受率は熱伝導度やショットノイズなどにも、微分コンダクタンスとは異なる形で影響を与える事が、最近の我々の研究で明らかになってきている。そこで本年度は、熱伝導度やショットノイズの解析を進め、高次フェルミ流体補正項の性質を更に詳細に明らかにしていく方針である。
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