2重量子ドットにおける近藤効果と電流雑音
久保敏弘 都倉康弘
量子光物性研究部
半導体量子ドット系における近藤効果は、様々なパラメータを実験的に制御することが可能である。そのため、従来の磁性金属における近藤効果では実現できない状況を作り出し、新しいタイプの近藤効果も発見されてきた[1]。2重量子ドット系においては、電子がどちらのドットにいるかを擬スピンとして定義することができる。これまで我々は、スピン自由度のない2重量子ドットにおける擬スピン近藤効果について理論的に調べてきた[2]。
本研究ではスピンの自由度も考慮し、図1に示されるような並列結合2重量子ドットにおけるスピン・擬スピン近藤効果を非平衡グリーン関数法に基づいたスレーブ・ボゾン平均場理論を用いて、絶対零度の条件下で調べた。図2、3に示す2つの数字の組(N1, N2)はドット1とドット2の平均電子数を表す。図2には様々な電荷安定条件における線形コンダクタンスの結果を示す。(1,0)、(0,1)の境界上のような擬スピン近藤効果が発現する領域において、特に大きな変化が見られないことが分かる。このことから、通常の電気伝導測定から擬スピン近藤効果の特徴を掴むことが困難であることが理解できる。これに対し、電荷揺らぎを反映する物理量である電流雑音を様々な電荷安定条件において低バイアス電圧（eVSD/ηΓ = 0.1, Γは電極・ドット間結合強度）条件下で調べた結果を図3に示す。擬スピン近藤効果は電荷（配置）の揺らぎと関係するため、擬スピン近藤効果が発現する領域で電流雑音が最大となる[3]。ここまでは、電極を介したドット間のコヒーレント間接結合[4]がない状況を考えてきたが、今度は電極を介したドット間のコヒーレント間接結合がスピン近藤効果に及ぼす影響について調べた。2つのドットに電子が1つずつ詰まっている状況では、電極とドットの間のトンネル過程の4次摂動から導かれる運動交換結合が反強磁性的であることを示した。これまでは、コヒーレント間接結合が軌道に与える効果については議論されてきたが、スピンに対するこのような反強磁性的な運動交換相互作用は本研究で初めて明らかにされた[3]。この結果、コヒーレント間接結合が有限の場合には、(1,1)領域におけるスピン近藤効果が抑制される。
本研究は科学技術振興機構ICORP、内閣府FIRST、および科研費の援助を受けて行われた。
[1] S. Sasaki et al., Nature 405 (2000) 764.
[2] T. Kubo et al., Phys. Rev. B 77 (2008) 041305(R).
[3] T. Kubo et al., Phys. Rev. B 83 (2011) 115310.
[4] T. Kubo et al., Phys. Rev. B 74 (2006) 205310.
 |
|
 |
|
|
|
|
|
| 図2 |
様々な電荷安定条件における
線形コンダクタンス。 |
|
|
| 図3 |
様々な電荷安定条件における
電流雑音(eVSD/ηΓ = 0.1)。 |
|
【前ページ】 【目次へもどる】 【次ページ】