包含有效核磁场单量子点的电流有限频率散粒噪声谱

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在Ⅲ-Ⅴ族化合物的量子点中,例如,GaAs、InP、InAs,其晶格原子的核自旋不为零,而这些核自旋与局域电子自旋之间的超精细相互作用是低温情形下引起量子点电子自旋退相干的主要原因。因此,如何定量获取量子点中有效核磁场的大小和方向对于深入理解其局域电子的自旋动力学有重要的科学意义。电流有限频率散粒噪声谱能够很好的反映电流随时间的涨落,提供与量子系统内部能级结构有关的信息,特别是,在耦合量子点系统中,电流有限频率散粒噪声谱上峰或者谷的位置可以提供平均电流和零频散粒噪声无法揭示的量子点系统相干本征态的能量本征值之差。现今,电流有限频率散粒噪声谱已经成为研究量子输运的重要方法。因而,基于电流有限频率散粒噪声谱,定量探究有效核磁场的大小和方向的课题具有重要的研究意义。在本文中,首先详细推导了单量子点系统中粒子数分辨的量子主方程。然后基于粒子数分辨的量子主方程研究了包含有效核磁场单量子点的电流有限频率散粒噪声谱。其次,研究了有效核磁场的大小对电流有限频率散粒噪声谱的影响,并基于此来探究利用电流有限频率散粒噪声谱上峰的位置来定量提取有效核磁场大小的可行性。最后研究了有效核磁场的方向、单量子点与左右电极的隧穿耦合强度以及左右电极自旋极化率对电流有限频率散粒噪声谱的影响,并基于此来探究利用噪声谱上峰的高度定量提取有效核磁场的方向的可行性。数值计算结果表明,在电流有限频率散粒噪声谱上,其峰的位置等于有效核磁场的大小,与有效核磁场的方向、单量子点与电极的隧穿耦合强度、电极的自旋极化率均无关;而对于单量子点与电极的隧穿耦合强度和电极的自旋极化率不变的情形,在单量子点系统的电流有限频率散粒噪声谱上,其峰的高度仅依赖于有效核磁场与自旋量子化轴(Z轴)的夹角(极角)。上述结果提供了一种定量获取单量子点有效核磁场大小和方向的理论方案,其对于深入研究量子计算和量子存储中的有效核磁场带来的自旋退相干过程提供了重要的理论基础。
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