横結合二重ドットにおけるファノ−近藤効果

佐々木智 田村浩之
量子電子物性研究部

 固体中の局在スピンが伝導電子との間にスピン一重項状態を形成する多体相関現象が近藤効果で、近年各種パラメータを自在に制御できる量子ドットにおいて著しく研究が進展してきた。特に二重ドットにおいては、単一ドットにおける近藤効果と、ドット間のスピン一重項形成との競合などの興味深い現象が理論的に予想されているが、実験的にはまだ十分に研究されていない。他方、ファノ効果は、連続的なチャネルと離散的なチャネルの間の量子干渉効果に由来する普遍的な現象で、両チャネルを介する伝導係数の相対的な大きさに応じて、共鳴波形が非対称なピークからディップに至るまで変化する。
 本研究では、互いにトンネル結合した2つの量子ドットの内、片方のドットのみが直接ソース・ドレイン電極と結合した横結合二重量子ドット(図1)をGaAs/AlGaAs 2次元電子ガスを静電的に閉じ込めることによって形成し、近藤効果とファノ効果の競合を観測した[1]。図2は41 mKで測定した電気伝導度のゲート電圧依存性を示す。ドット1の電子数変化に対応するクーロン振動ピークが3本強く観測されており、黒い三角で示した下のクーロンブロッケード谷においては近藤効果により伝導度が増大している。ここで、ドット2に含まれる電子数が変化する際のドット1のクーロンブロッケード谷の伝導度に着目すると、上の非近藤谷においては白い矢印で示すように極大、下の近藤谷においては黒い円で示すように極小となっている。これらの特性は、連続状態的なドット1の近藤効果(一般にはコトンネル)と、ドット2の離散準位を介した伝導との干渉によるファノ共鳴と解釈することができる。特に、近藤谷における共鳴ディップは近藤効果とファノ共鳴の競合を反映するもので興味深い。以上の特性は、スレーブ・ボゾン平均場近似による理論計算によって定性的に再現されている[2]。

[1] S. Sasaki et al., Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 266806.
[2] H. Tamura and S. Sasaki, Physca E 42 (2010) 864.
 

 
図1  横結合二重量子ドットの模式図。
図2  ファノ−近藤効果を示す電気伝導度のゲート電圧
依存性。白が高い伝導度に対応する。

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