串联耦合双量子点的电流有限频率散粒噪声谱:广义哈伯德模型

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在耦合双量子点系统中,准确地理解两电子相互作用诱导的电子跳跃过程和自旋交换过程将有助于耦合量子点系统的自旋操控。在通常情况下,耦合双量子点系统的哈密顿量由哈伯德模型描述,其仅含两个量子点之间的电子跳跃过程。但是,当考虑通常的两电子相互作用时,其二次量子化的哈密顿量,即,广义哈伯德模型描述的耦合双量子点哈密顿量还将包含三个新的跳跃过程:占据数调制的跳跃过程、自旋反平行的交换跳跃过程、电子对跳跃过程。在少电子量子点系统中,与不同电子跳跃过程和自旋交换过程相关联的量子效应对操控电子的自旋自由度至关重要。因此,如何确定耦合双量子点中这三个新的跳跃过程的存在是一个值得研究的重要课题。另一方面,相对于电子通过耦合量子点系统的平均电流和零频散粒噪声,其电流有限频率散粒噪声谱可以提供更多关于耦合量子点系统内部动力学特征的信息。这为探寻耦合双量子点中是否存在广义哈伯德模型预测的三个新的跳跃过程提供了一个研究思路。本文首先推导了耦合双量子点系统的粒子数分辨的量子主方程。然后研究了不同温度下耦合双量子点系统中广义哈伯德模型预测的三个新的跳跃过程对平均电流的影响。最后基于粒子数分辨的量子主方程,研究了能级共振和能级失谐两种情形下,三个新的跳跃过程、左右电极的自旋极化率和左右电极与量子点之间的隧穿耦合强度对其电流有限频率散粒噪声谱的影响,并基于以上结论讨论了利用耦合双量子点系统的电流有限频率噪声谱上峰和谷的个数探测广义哈伯德模型预测的三个新的跳跃过程的可行性。数值计算结果表明,平均电流的台阶数目不能用于探测广义哈伯德模型预测的三个新的跳跃过程;当三个新的跳跃过程存在时,两个量子点的能级在共振和失谐两种情形下,电流有限频率散粒噪声谱的峰、谷个数之和的最大值均为8。反之,当不存在三个新的跳跃过程时,相应的峰和谷个数之和的最大值分别为5和7;左右铁磁电极的自旋极化率和电子隧穿耦合强度并不影响峰和谷的个数、位置,但对其深度,宽度有影响。上述研究结果表明,在串联耦合双量子点系统的电流有限频率散粒噪声谱上,其峰、谷的数目可以作为广义哈伯德模型预测的三个新的跳跃过程是否存在的判据,为探测这三个新的跳跃过程提供了一种理论方案。
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