グラフェン量子ドットデバイスの理論及びモデリング

石墨烯量子点器件的理论与建模

基本信息

批准号：
10F00502
负责人：
NORI Franco (2010, 2012)
金额：
$ 0.83万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00502/
关键词：
グラフェン量子ドットクライントンネリング束縛状態ディラック方程式スピンブロックケージマスター方程式電子電流電子閉じ込めクライン・トンネル状態密度ランダウ準位電場と磁場ディラックエネルギーギャップクライントンネル現象電荷閉じ込め静電ポテンシャルハイブリッド状態

项目摘要

電磁場を組み合わせて形成させたグラフェン量子ドットの性質を詳細に研究した。電場により、ゲート電極を使用して発生させることができるであろう滑らかな量子井戸ポテンシャルが生成される。単層グラフェン内でのクライントンネル効果のために、量子井戸ポテンシャルの状態は振動的な漸近依存性をもち、したがってこの井戸のみでは電子を閉じ込めることはできない。しかしながら、均一な磁場がグラフェンシートに直交するように印加される場合は、この状態は閉じ込めに必要なように漸近的に減少する。我々は電場がランダウギャップ内にエネルギーレベルを誘起することにより、ランダウレベルのスペクトルを変化させることを見出した。これらのエネルギーレベルに対応する状態は、外場に束縛されており、その外場で調節することが可能である。これらの状態数は電場の強度に比例する。状態密度の計算結果によれば、量子状態は低密度領域内に存在し、従って量子状態は電子輸送測定を利用して実験的に探査することが可能であろう。更に我々は、スピンがブロックされたダブル量子ドットにおける電子輸送を研究した。スピン・軌道相互作用の強度を調節することにより、ダブルドットを通過する電流は、ゼロ磁場で落ち込む、あるいは2つの電子エネルギーが反交差するような磁場でピーク値になることを示した。この振舞いは、磁場およびスピン・軌道振幅による1重項と3重項との混合に依存するためである。我々は、電流の近似表現を、輸送サイクルに含まれる状態の振幅の関数として導出した。また、有限個数の核スピンを考慮した別のモデルを考え、電子と核スピンとの間にこのモデルの結果として生じる動力学を研究した。我々は、スピンアンサンブルが熱状態にあれば、一時的な電流の規則的な振動とそれに続いて、熱的ジェインズ・カミングスモデルで見られるものと類似する準カオスのリバイバルが存在することを示した。

详细研究了结合电磁场形成的石墨烯量子点的性质。电场产生平滑的量子阱电势，可以使用栅电极产生。由于单层石墨烯中的克莱因隧道效应，量子阱势的状态具有振荡渐近依赖性，因此仅该阱无法限制电子。然而，如果将均匀磁场正交地施加到石墨烯片上，则该条件会根据限制所需而渐近降低。我们发现电场通过在朗道间隙内感应能级来改变朗道能级的频谱。与这些能级相对应的状态与外部场绑定，并且可以通过该场进行调整。这些状态的数量与电场的强度成正比。状态密度计算表明量子态存在于低密度区域，因此可以使用电子传输测量来通过实验探测量子态。此外，我们研究了自旋阻挡双量子点中的电子传输。通过调整自旋轨道相互作用的强度，他们表明，通过双点的电流要么在零磁场处下降，要么在两个电子能量反交叉的磁场处达到峰值。这是因为这种行为取决于磁场和自旋/轨道振幅导致的单线态和三线态的混合。我们推导出电流的近似表达式，作为传输周期中涉及的状态幅度的函数。我们还考虑了另一个考虑有限数量核自旋的模型，并研究了电子和核自旋之间产生的动力学。我们表明，如果自旋系综处于热状态，则瞬态电流会出现规则振荡，随后会出现类似于热 Jaynes-Cummings 模型中的准混沌复兴。