Theoretical study on control and observation of quantum states by many-body effects using mesoscopic complexes

利用介观配合物进行多体效应控制和观察量子态的理论研究

基本信息

批准号：
21K03415
负责人：
阪野塁
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Keio University (2022)The University of Tokyo (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近藤効果は典型的な量子多体効果であり、多彩な物質系や人工系において観測されてきた。近藤効果の典型的なエネルギースケールは近藤温度と呼ばれ、近藤効果による物性を調べる際に鍵となる重要な量である。近藤効果は低温で、不純物原子や量子ドットの磁気モーメントがそれに結合した伝導電子によって一重項を形成し、磁気モーメントを消失するクロスオーバー現象である。そのため観測された物理量のクロスオーバー過程の温度として、大雑把に決めることがよく行われてきた。しかし、近年、人工量子系では低エネルギーでの精緻な物性測定が可能になり、近藤効果によって掲載された局所フェルミ流体状態の詳しい探索が集中的に行われている。その際には、局所フェルミ流体理論によって定義された近藤温度と定量的整合するように測定することで、局所フェルミ流体状態の多くの物性を定量的に明らかすることが可能になる。我々は、近藤温度を定量的に決める方法として、基底状態における磁場依存性に現れる普遍スケーリング特性を利用することを提案した。量子ドットの近藤効果の電流が磁場によって抑制される時、コンダクタンスがゼロ磁場の値の半値を与える磁場の強さには近藤温度と比例関係がある。この比例定数を厳密解を用いて特定した。さらに、コンダクタンスの磁場依存性を簡素な解析式で与えられながらも信頼性の高い経験則式を、厳密解と最小2乗法を用いて導出した。これも実験データへの曲線あてはめに利用することで近藤温度の導出に用いることができる。さらに我々は、この手法を実際のカーボンナノチューブ量子ドットで観測された実験に適用して、近藤温度の解析を行った。その結果、コンダクタンスの磁場依存性の普遍特性の再現に成功し、ゲート電圧依存性も定性的に理論とよく合うことを確認できた。この手法は量子ドットに限らず、温度の制御の難しい冷却原子系などで特に有用な新しい方法である。

近藤效应是一种典型的量子多体效应，已在多种材料和人工系统中观察到。近藤效应的典型能量尺度称为近藤温度，它是研究近藤效应物理性质的关键重要量。近藤效应是一种交叉现象，在低温下，杂质原子或量子点的磁矩与与其耦合的传导电子形成单线态，磁矩消失。因此，观测物理量交叉过程的温度往往已被粗略确定。然而，近年来，在人工量子系统中精确测量低能量的物理性质已经成为可能，并且对近藤效应描述的局域费米流体状态的详细研究正在深入进行。在这种情况下，通过以定量地匹配局部费米流体理论定义的近藤温度的方式进行测量，可以定量地阐明局部费米流体状态的许多物理性质。我们提出了一种利用基态磁场依赖性中出现的通用标度特征来定量确定近藤温度的方法。当量子点中的近藤效应电流被磁场抑制时，使电导值为零磁场一半值的磁场强度与近藤温度成比例关系。使用精确解来确定该比例常数。此外，我们使用精确解和最小二乘法，使用简单的分析公式推导出电导对磁场依赖性的高度可靠的经验公式。这也可以用于通过将其用于实验数据的曲线拟合来推导近藤温度。此外，我们通过将该方法应用于用实际碳纳米管量子点观察的实验来分析近藤温度。结果，我们成功地再现了电导对磁场的依赖性的普遍特征，并证实栅极电压的依赖性在质量上也与理论相符。这种新方法不仅对于量子点特别有用，而且对于温度控制困难的冷原子系统也特别有用。

项目成果

期刊论文数量（25）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Three-body correlations in nonlinear response of correlated quantum liquid

关联量子液体非线性响应中的三体关联

DOI：
10.1038/s41467-021-23467-4
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
16.6
作者：
Tokuro Hata; Yoshimichi Teratani; Tomonori Arakawa; Sanghyun Lee; Meydi Ferrier; Richard Deblock; Rui Sakano; Akira Oguri;Kensuke Kobayashi
通讯作者：
Kensuke Kobayashi

軌道縮退した磁性不純物系の熱電気輸送に対する三体的Fermi流体効果：Anderson模型による定式化

三体费米流体对轨道简并磁性杂质系统中热电输运的影响：使用安德森模型的公式