is Íslenska en English

Lokaverkefni (Doktors)

Háskóli Íslands > Verkfræði- og náttúruvísindasvið > Doktorsritgerðir - Verkfræði- og náttúruvísindasvið >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/19358

Titill: 
  • Titill er á ensku The influence of cavity photons on the transient transport of correlated electrons through a quantum ring with magnetic field and spin-orbit interaction
  • Áhrif ljóseindahols á sveipleiðni fylginna rafeinda með víxlverkun spuna og brautar um skammtahring í segulsviði
Námsstig: 
  • Doktors
Efnisorð: 
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    We investigate time-dependent transport of Coulomb and spin-orbit interacting electrons through a finite-width quantum ring of realistic geometry under non-equilibrium conditions using a time-convolutionless non-Markovian master equation formalism. The ring is embedded in an electromagnetic cavity with a single mode of linearly or circularly polarized photon field. The electron-photon and Coulomb interactions are taken into full account using “exact” numerical diagonalization. A bias voltage is applied to external, semi-infinite leads along the x-axis, which are coupled to the quantum ring. The ring and leads are in a perpendicular magnetic field. The strength of the spin-orbit interaction and of the magnetic field penetrating the ring and leads are tunable.
    We find that the lead-system-lead current is strongly suppressed by the y-polarized photon field at magnetic field with two flux quanta due to a degeneracy of the many-body energy spectrum of the mostly occupied states. Furthermore, the current can be significantly enhanced by the y-polarized field at magnetic field with half integer flux quanta. The y-polarized photon field perturbs the periodicity of the persistent current with the magnetic field and suppresses also its magnitude. Charge current vortices at the contact areas to the leads influence the charge circulation in the ring.
    Moreover, a pronounced charge current dip associated with many-electron level crossings at the Aharonov-Casher (AC) phase ∆Φ = π is found, which can be disguised by linearly polarized light. Comparing our numerical two-dimensional (2D) model to the analytical results of a toy model of a one-dimensional (1D) ring of non-interacting electrons with spin-orbit coupling, qualitative agreement can be found for the spin polarization currents. Quantitatively, however, the spin polarization currents are weaker in the more realistic 2D ring, especially for weak spin-orbit interaction, but can be considerably enhanced with the aid of a linearly polarized electromagnetic field. Specific spin polarization current symmetries relating the Dresselhaus spin-orbit interaction case to the Rashba one are found to hold for the 2D ring, which is embedded in the photon cavity.
    The spin polarization and spin photocurrents of the quantum ring are largest for circularly polarized photon field and destructive AC phase interference. The charge current suppression dip due to the destructive AC phase becomes threefold under the circularly polarized photon field as the interaction of the electrons’ angular momentum and spin angular momentum of light causes many-body level splitting leading to three level crossing locations instead of one. The circular charge current inside the ring, which is induced by the circularly polarized photon field, is found to be suppressed in a much wider range around the destructive AC phase than the lead-device-lead charge current. The charge current can be directed through one of the two ring arms with the help of the circularly polarized photon field, but is superimposed by vortices of a smaller scale. Unlike the charge photocurrent, the flow direction of the spin photocurrent is found to be independent of the handedness of the circularly polarized photon field.

  • Við könnum tímaháðan flutning rafeinda sem víxlverka innbyrðis með Coulomb-krafti og með víxlverkun spuna og brautar í gegnum skammtahring með raunsæju mætti og endanlegri breidd í ójafnvægisástandi með því að nota aðferðafræði sem byggist á ómarkóvsku stýrijöfnunni án tímaföldunar. Hringurinn er staðsettur í rafsegulsholi með stökum ljóseindahætti með hring- eða línulegri skautun. Fullt tillit er tekið til víxlverkana ljóseinda og rafeinda og Coulomb-víxlverkana rafeindanna með því að nota “nákvæma” tölulega reikninga í afstífðu fjöleindarúmi. Skammtahringurinn er tengdur tveimur ytri forspenntum, hálfóendalegum leiðslum samsíða x-ásnum. Hringurinn og leiðslurnar eru staðsett í hornréttu segulsviði. Styrkur spuna og brautar víxlverkunarinnar og segulsviðsins sem smýgur gegnum hringinn og leiðslurnar er breytanlegur.
    Við finnum töluverða veikingu straums um kerfið vegna y-skautaðs ljóseindasviðs ef segulflæðið um hringinn jafngildir tveimur flæðiskömmtum vegna þess að þau tvö fjöleindaástönd sem eru langmest setin skerast í orkurófinu. Ennfremur getur straumurinn verið töluvert meiri vegna y-skautaðs ljóseindasviðs þegar segulsviðið jafngildir hálftölu flæðiskömmtum. y-skautað ljóseindasvið raskar einnig lotueiginleikum stöðuga hringstraumsins sem fall af segulsviðinu og dregur úr honum. Hleðslustraumiður á snertisvæðum við leiðslurnar hafa áhrif á hleðsluhringrásina í hringnum.
    Við finnum áberandi hleðslustraumlægð sem tengist skörun fjöleindastiga í orkurófinu þegar Aharonov-Casher (AC) fasinn ∆Φ = π. Þessi lægð hverfur að mestu leyti með víxlverkun við línulega skautað ljóseindasvið. Við bárum niðurstöður úr tölulega tvívíða líkani okkar saman við niðurstöður einfaldara líkans einvíðs hrings með óvíxlverkjandi rafeindum, en með spuna og brautar víxlverkun. Eigindleg samsvörun fannst fyrir spunaskautuðu straumana. Hins vegar skilar magnbundinn samanburður þeirri niðurstöðu að spunaskautuðu straumarnir séu minni í raunsærri tvívíða hringnum, sérstaklega þegar víxlverkun spuna og brautar er lítil. Spunaskautuðu straumana er aftur á móti hægt að auka með línulega skautuðu rafsegulsviði. Sérstakar samhverfur fundust fyrir spunaskautuðu straumana sem tengja saman tilfellin með Dresselhaus- og Rashba-víxlverkanir spuna og brautar. Þessar samhverfur rofna ekki í tvívíða hringnum í ljóseindaholinu.
    Spunaskautunin og spunaljósstraumar skammtahringsins eru mestir fyrir hringskautað ljóseindasvið og eyðandi AC fasavíxl. Hleðslustraumlægðin sem orsakast af eyðandi AC fasa verður þreföld undir áhrifum hringskautaðs ljóseindasviðs vegna þess að víxlverkunin milli hverfiþunga rafeindanna og spunahverfiþunga ljóssins veldur klofnun fjöleindaástanda í orkurófinu og birtist á þremur stöðum í stað eins þar sem skörun er í orkurófinu. Hringhleðslustraumurinn í hringnum sem orsakast af hringskautaða ljóseindasviðinu er minni á miklu breiðara svæði kringum eyðandi AC fasann en hleðslustraumurinn í gegnum kerfið. Hægt er að stýra hleðslustraumnum þannig með hringskautaða ljóseindasviðinu að hann fari aðeins í gegnum annan hvorn arm hringsins. Samt þarf að geta þess að í hleðslustraumnum myndast iður á minni skala. Stefnan spunaljósstraumsins er ólíkt hleðsluljósstraumnum óháð því hvort hringskautaða ljóseindasviðið snúist rétt- eða andsælis.

Samþykkt: 
  • 25.8.2014
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/19358


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
PhD_thesis.pdf7.21 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna