Transporte cuántico en sistemas mesoscópicos con campos dependientes del tiempo y desorden

Foieri, Federico

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	fisica
Título:	Transporte cuántico en sistemas mesoscópicos con campos dependientes del tiempo y desorden
Título alternativo:	Quantum transport in mesoscopic systems with time dependent fields and disorder
Autor:	Foieri, Federico
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Publicación en la Web:	2011-06-09
Fecha de defensa:	2010
Fecha en portada:	2010
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Director:	Arrachea, Liliana; Sánchez, María José
Jurado:	Llois, Ana María; Foá Torres, Luis E.; Naón, C.
Idioma:	Español
Palabras clave:	SISTEMAS MESOSCOPICOS; TRANSPORTE ELECTRONICO; PUNTOS CUANTICOS; BOMBAS CUANTICASMESOSCOPIC SYSTEMS; ELECTRONIC TRANSPORT; QUANTUM DOTS; QUANTUM PUMPS
Tema:	física/física cuántica
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4775_Foieri
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n4775_Foieri.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n4775_Foieri
Ubicación:	Dep.FIS 004775
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Foieri, Federico. (2010). Transporte cuántico en sistemas mesoscópicos con campos dependientes del tiempo y desorden. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4775_Foieri

Resumen:

En esta tesis se estudian distintos aspectos del transporte electrónico en sistemas mesoscópicos desordenados y fuera del equilibrio. En estos sistemas las propiedades de transporte se ven afectadas por el tamaño de los mismos, su geometría particular y el tipo de contacto que ésta tenga con los reservorios de partículas (electrodos), número de impurezas, etc. En el capítulo 1 presentamos la definición precisa del concepto de sistema mesoscópico, las técnicas de fabricación y las magnitudes físicas relevantes al estudio de los mismos. También describimos cada una de las estructuras particulares estudiadas a lo largo de esta tesis. El método de cálculo utilizado se basa en el formalismo de Keldysh de funciones de Green fuera del equilibrio y es desarrollado en el capítulo 2. En el capítulo 3 estudiamos las propiedades de transporte electrónico en sistemas estrictamente unidimensionales y cuasi-unidimensionales con impurezas en el régimen de respuesta lineal a temperatura (T ) y voltaje (V ) finitos. En particular estudiamos las distribuciones de conductancia de cables cuánticos unidimensionales cuando éstos son conectados a dos reservorios en los que se establece una diferencia de potencial. Presentamos distintas alternativas para aproximar dichas distribuciones dependiendo del rango de V y T . A bajas T y V presentamos un modelo de tunneling resonante mientras que para T y V altos se presenta un método estadístico basado en convolu- cionar la distribución de T nula y V infinitesimal un número finito de veces. Estos métodos luego son aplicados aún en casos en los que los contactos entre el cable y los reservorios son imperfectos y para sistemas con varios canales de conducción. En el capítulo 4 se estudia el transporte electrónico en anillos mesoscópicos en presencia de flujos magnéticos variables en el tiempo y acoplados a un reservorio, analizando la influencia del desorden sobre las corrientes inducidas a través del mismo. Entre los resultados más relevantes hemos encontrado que los valores de conductancia pueden ser mayores que el cuanto de conductancia siendo estos sistemas estrictamente unidimensionales. Por otro lado, hemos determinado una longitud de localización efectiva, a partir de la cual ambos sistemas (tanto el anillo como el cable 1D) son equivalentes, es decir, poseen la misma distribución de conductancias (caracterizadas en capítulo 3). Por último, en el capítulo 5 estudiamos sistemas mesoscópicos en presencia de campos oscilantes en el tiempo, donde el transporte se genera mediante la aplicación de bombeos cuánticos (quantum pumps), que permiten inyectar partículas en forma variable con el tiempo en algún punto del sistema. Hemos estudiado la impedancia a cuatro terminales del sistema y las diferentes formas en las que se pueden caracteri- zar los efectos resistivos de un sistema mesoscópico. Esto se realizó incorporando una punta de voltaje débilmente acoplada al sistema que actúa como voltímetro. Además, se han obtenido expresiones analíticas para la resistencia a cuatro terminales uti- lizando teoría de perturbaciones, y también mostramos que esta resistencia puede ser considerada una característica universal del sistema, es decir, es independiente de la forma en que se induce el transporte. En cada capítulo se brinda una introducción en la que procuramos enfatizar la motivación del trabajo y describimos la situación actual, ya sea teórica o experimen- tal, de dicho problema. Luego se introduce el modelo Hamiltoniano, se presentan los cálculos realizados y se discuten los mismos. Finalmente se exponen las conclusiones.

Abstract:

In this thesis we study different aspects of electronic transport in disordered mesoscopic systems out of equilibrium. In these systems, the transport properties depend strongly on the size and geometry of the structure, the coupling with additional sys- tems (particle reservoirs), impurities, etc. In chapter 1 we describe extensively the mesoscopic systems, describing the fab- rication methods and the physical quantities relevant to quantum transport. We also describe every structure studied along this thesis. To perform calculations we em- ployed the Keldysh non equilibrium Green functions formalism which is described in chapter 2. Each chapter is organized as follows: we first give a brief introduction in which the motivation of our work is emphasized and then we describe the theoretical and experimental situation that motivates each work. Then we introduce the physical model in order to present the calculations and discuss the results. Finally, we end each chapter listing the summary and conclusions. We start studying the properties of electronic transport in strictly one-dimensional systems, in the linear response regime, for clean and disordered systems. In chapter 3 we studied the conductance distributions of one-dimensional quantum wires when transport is induced by connecting the sample to two stationary reservoirs with dif- ferent chemical potentials. Depending on the bias voltage V and the temperature T , we present different methods to fit the conductance distributions of these systems. At low T and V we present a resonant tunneling model while for high T and V we present a statistical method which consists in convoluting the conductance distribu- tion for zero temperature and infinitesimal bias. This method is applied even when the contacts between the wire and the reservoirs are imperfect and for systems with more than one conduction channel. In chapter 4, we study electronic transport in mesoscopic disordered rings coupled to a reservoir and driven by a magnetic flux with a linear dependence on time. We have identified two regimes: (i) A localized regime, characterized by a dc conductance whose probability distribution is identical to the one exhibited by a 1D wire of the same length L and disorder strength placed in a two terminal Landauer setup and (ii) a multifloquet regime which exhibits large conductances that can be greater than the quantum of conductance, in spite of the fact that the ring contains a single electronic transmission channel. In chapter 5 we study mesoscopic systems where transport is generated applying quantum pumping. We introduce and study the concept of four point impedance of a mesoscopic system and the different ways to characterize the resistive effects in these systems. This is achieved by adding a voltage probe which act as a voltimeter which is weakly coupled to the system. Moreover, we obtained analytical expressions for the four point resistance using perturbation theory and we show that the four point resistance can be taken as a measure of the resistive properties of a sample, irrespectively, of the mechanism used to induce the transport.

Citación:

---------- APA ----------

Foieri, Federico. (2010). Transporte cuántico en sistemas mesoscópicos con campos dependientes del tiempo y desorden. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4775_Foieri

---------- CHICAGO ----------

Foieri, Federico. "Transporte cuántico en sistemas mesoscópicos con campos dependientes del tiempo y desorden". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2010.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4775_Foieri

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