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量子点系统电子的全计数统计

王志梅  
【摘要】:在量子输运中,系统的输运特性完全可以由电子的全计数统计描述,这是因为n个电子隧穿到达收集电极的几率分布的所有信息可以从电子的全计数统计获得,而存在自旋轨道耦合的输运系统与量子相干系统为研究的热点。自旋电子学中对自旋轨道耦合的研究一直是热点,发展与自旋有关的电子装置是研究自旋轨道耦合的主要目的。通常自旋自由度可以通过铁磁体和外磁场被调控。自旋电子设备的电控可以通过半导体异质结构中的自旋轨道耦合被意识到,并且会导致自旋场效应晶体管。在纳米结构中,与自旋有关的弛豫过程也是非常重要的问题,它与量子计算与量子信息密切相关。自旋轨道耦合对介观系统输运特性有着重要影响,这已经引起理论和实验的强大关注,而且,耦合强度在实际的实验中可以通过调节门电压调整,这样,与自旋有关的电流可以被意识到。几十年来,传导电子的量子相干一直是介观输运系统中的研究热点。在库伦阻塞区域的AB相干实验已经被报导,相干特性提供了量子点中对电流输运新的见解,两粒子相干的实验意识已经成为多粒子波函数的中心研究。从输运电子关联的视角看,量子相干对噪声特性有重大影响,事实上,通过不同通道传导电子的量子相干物理上可以从电极到量子点空间运动的相累积被引起。首先,我们研究了自旋轨道耦合存在的半导体二能级量子点系统输运电子的全计数统计。这里自旋轨道耦合充当非阿贝尔规范场,并且可以诱导两能级间的电子跃迁和自旋反转。通过量子主方程方法,在有限温度和两体库伦作用下,电流噪声和偏斜被获得。特别地,通过测量零频累积矩,我们证明了自旋轨道耦合对输运电子超泊松噪声的影响。当左右电极平行,超泊松噪声随自旋轨道耦合的增强被抑制,这是由于自旋轨道耦合诱导的自旋反转减少了动力学自旋阻塞。然而,当左右电极反平行,自旋反转打开了多数-多数自旋通道,这样动力学自旋阻塞增加,超泊松噪声增强。其次,我们研究了带有两体相互作用介观输运装置的量子相干。通过带有反平行磁通平行量子点电子输运的全计数统计,我们证明了量子相干可以由两体作用产生,这种两体量子相干可以通过零频累积矩随磁通的振荡测量。通过量子主方程方法,两体库伦作用诱导的量子相干首次被探索。观测到的累积矩对磁通的依赖不同于单粒子和零库伦作用情况。最后,我们研究了光力学腔中BEC多体稳定宏观量子态,我们通过自旋相干态的方法探索了这种多体稳定性。自旋相干态可以同时考虑正常态和反转态。在蓝失谐区域,通常的量子相变仍然存在,然而,当原子场耦合增长到反转点,超辐射相由于机械振子的阻尼被抑制,与此同时,系统经历了从超辐射相到反转正常相的相变。在红失谐区域,这些相变发生,不同的是,红失谐区域会出现超辐射相的崩塌和重生。


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