Publicação: Transporte eletrônico de carga e spin em cadeias de pontos quânticos
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
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Resumo
Neste trabalho estudamos teoricamente o transporte quântico tanto no regime estacionário
quanto no regime transiente em um sistema de pontos quânticos acoplados entre si via hopping
e também a reservatórios. Utilizando a técnica das funções de Green de não-equilíbrio, calculamos
a corrente e a ocupação resolvida em spin na presença de terminais ferromagnéticos. A
análise do shot noise também foi realizada, observando tanto efeitos em frequência nula como
também em frequências finitas. Em particular, para o sistema de dois pontos quânticos a dinâmica
nos revela as oscilações de Rabi, que são suprimidas com o tempo devido ao tunelamento
incoerente com os reservatórios. Observamos que a frequência de Rabi e a coerência no tempo
das oscilações são fortemente afetadas pela tensão externa. Esta coerência pode ser enfatizada
pelo espectro do shot noise, que apresenta um comportamento característico na frequência de
Rabi, sendo mais pronunciado quando os dois níveis estão em ressonância. Também notamos
que as oscilações de Rabi são amplificadas no tempo quando o hopping inter-sítios é maior
comparado à taxa de tunelamento incoerente. Adicionalmente, investigamos o transporte eletrônico
em um conjunto de sítios acoplados que simulam um arranjo de pontos quânticos ou a
uma molécula. Aplicamos uma tensão externa ao longo da estrutura afim de estudar a corrente
de tunelamento, o coeficiente de transmissão, o shot noise e o fator de Fano. Enquanto no caso
linear a curva IV não apresenta retificação elétrica, nas configurações desordenadas uma pronunciada
retificação é encontrada, indicando um regime de operação de um diodo molecular. O
efeito da resistência diferencial negativa (NDR) também foi observada devido a queda tensão
aplicada na estrutura, que diminui a probabilidade de transmissão entre os orbitais vizinhos.
Destacamos que quando o sistema se torna desordenado, a correlação de spin tende a aumentar
com o fator de Fano atingindo valores próximos de 0.4.
Abstract
In the present work we investigate theoretically the quantum transport in both, stationary
and transient regimes of system composed of the two quantum dots coupled to each other via
hopping and to reservoirs. Using nonequilibrium Green function technique we calculate spinresolved
current and ocupation in the presence of ferromagnetic leads. The analysis of the shot
noise was also carried out, observing effects on both zero frequency and also finite frequency. In
particular, for the system of two quantum dots, the dynamics reveal coherent Rabi oscillations,
which one suppressed as time evolves due to the incoherent tunneling to the reservoirs. Both
the Rabi frequency and the coherence time are strongly affected by the external source-drain
voltage. This coherence is emphasized by the shot-noise signal, which presents a characteristic
behavior at the Rabi frequency, being more pronounced when the two levels are in resonance.
We also note that the Rabi oscillations are amplified when the interdot hopping is higher than
the incoherent tunneling rate. Additionally, we investigated electronic transport of an ensemble
of coupled sites that simulates an array of quantum dots or a molecule. An external bias voltage
is applied along the structure in order to study the tunneling current, the transmission coefficient,
shot noise and Fano factor. While in the linear case the characteristic I-V curve reveals
no current rectification, in the disordered configuration a robust rectification is found, thus indicating
an operation regime typical of a molecular diode. The negative differential resistance
(NDR) is also observed due to the drop of the bias voltage along the structure, that decreases the
probability of transmission between the orbital neighbors. We note that when the system becomes
disordered the spin correlation tends to increase, with Fano factor reaching values close to
0.4.
Palavras-chave
Transporte eletrônico, Pontos quânticos, Funções de Green, Corrente elétrica, Shot noise, Electronic transport, Quantum dots, Green s functions, Electrical current, Shotnoise
Citação
COUTINHO, Renato Máximo. Transporte eletrônico de carga e spin em cadeias de pontos quânticos. 2013. 91 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.