強磁場中量子ドットにおけるスピン・ブロッケードの理論

强磁场中量子点自旋封锁理论

基本信息

批准号：
10138206
负责人：
青木秀夫
金额：
$ 0.77万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体を微細に加工する技術の発展により、電子が数個しか収納されていない量子ドットや、電子が一個一個出入りする単一電子トンネリングが確立されている。このような単一および二重量子ドットに強磁場をかけた場合に、基底状態のスピン状態を少数電子系の厳密対角化により調べ、結果を「電子分子」描像とそれに伴う「魔法数」により解釈した。また、この系はスピン・ブロッケード(スピン波動関数の非整合により電子トンネリングが阻害される効果)を実現させるのに有利であることも示した。これは、電子相関のために電子が分子を組むために、「魔法数」軌道角運動量と全スピン角運動量が連動する(つまり、軌道運動がどのようにクーロン斥力を避け得るかが全スピン状態に敏感に依存する)ので、軌道角運動量魔法数ジャンプに伴って全スピンもジャンプするため、と解釈される。磁場をかけない普通の場合には、フント則という弱く相互作用する電子系に対するスピン状態の規則が良く成立し、スピン・ブロッケードは期待しにくい。これと対照的に、強磁場下では電子はサイクロトロン運動に局在化され、そのために強相関問題となるために事情が大幅に変わった訳である。本年度は特に、(1)量子ドットの閉じこめポテンシャルの強弱に応じてスピン・ブロッケードの観測のされ易さが変わり、現実的な領域で観測され得ること、(2)二重量子ドットの状態は「立体電子分子」配置により解釈され、スピン・ブロッケード条件は単一の場合より満たさせ易くなること、(3)磁場が弱い場合はランダウ準位間の混成が無視できないが、この効果も取り入れると、魔法数の観測の方法の一つと考えられる光学吸収スペクトルにおいて、ランダウ準位間の遷移に対応する分枝にも魔法数に対応する異常が現れることを示した。

半导体微制造技术的进步导致了仅包含少量电子的量子点和电子一一进出的单电子隧道效应的建立。当对此类单量子点和双量子点施加强磁场时，通过少数电子系统的严格对角化来研究基态的自旋态，并用结果来描述“电子分子”图和相关的“幻数”。解释者。我们还表明，该系统在实现自旋封锁（一种通过自旋波函数失配抑制电子隧道效应的效应）方面具有优势。这是因为“幻数”轨道角动量和总自旋角动量是耦合的，因为电子由于电子相关性而形成分子（即轨道运动如何避免库仑斥力是由于总自旋状态）。因为总自旋也会随着轨道角动量神奇数的跳跃而跳跃。在不施加磁场的正常情况下，洪德定律（弱相互作用电子系统自旋态的规则）很好地成立，并且很难期望自旋封锁。相比之下，在强磁场下，电子会局域于回旋运动，导致强相关问题，从而彻底改变情况。今年，我们将特别关注（1）根据量子点限制势的强度观察自旋封锁的难易程度，以及（2）在现实区域中可以观察到的自旋封锁；双量子点的状态为“立体电子分子”构型，自旋封锁条件被解释为“立体电子分子”构型，并且自旋封锁条件比单一情况更好。（3）当磁场较弱时，朗道能级之间的杂化是不可忽视的，但如果也考虑到这种效应，则朗道能级为我们表明，幻数对应的异常也出现在对应于之间跃迁的分支中。