嵌入量子点介观A-B环的Kondo效应

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在凝聚态物理学中,Kondo效应是一个非常著名和被广泛研究的现象。Kondo效应起源于低温稀磁合金中的磁杂质与传导电子之间的相互作用。在最近几年里,由于纳米技术的进步,人们已经能够把一个量子点嵌入到电路中,在人工控制的条件下研究介观Kondo效应,这唤起了人们对Kondo效应新的兴趣。与稀磁合金中Kondo效应导致低温电阻增加不同的是,在量子点系统中,由于在费米能级处的Kondo共振为电流提供了一个新的通道,因而介观Kondo效应导致了系统电导的增加。最近,许多努力用于研究嵌入量子点的介观Aharonov-Bohm环的基态性质。主要的兴趣在于:(i)Kondo共振对介观环持续电流的影响;(ii)通过测量介观环中的持续电流来实现探测Kondo关联长度。尽管许多人采用了不同的方法研究了这个系统,但至今还没有得到一致的理论结果。基于这一点,通过单杂质的Anderson模型,我们从理论上研究了嵌入单量子点的Aharonov-Bohm环中的Kondo效应,并采用slave-boson平均场技巧求解了这个系统的哈密顿。计算结果表明:当平均电子能级间隔大于Kondo关联能时,在这个介观系统中仍然存在一个减弱的Kondo效应;系统的基态性质依赖于系统的宇称和环的大小;系统复杂的物理性质能够归因于Kondo屏蔽效应和尺寸效应的共存。一方面,当增加环的周长以至于ξK/L≤0.5时,系统将从一个没有完全屏蔽的基态转变到一个完全屏蔽的基态;另一方面,尺寸效应将在δ/TK0≤1时消失。因此,系统的物理性质将分别在ξK≈0.5和δ/TK0≈1处经历一个大的改变。所以,在实验中能够通过测量物理量(如持续电流和零场杂质的磁化率)随环周长的变化关系而探测Kondo关联长度。这为研究Kondo屏蔽云提供了一条新的途径。我们同样研究了嵌入并联耦合双量子点的A-B环系统的基态平衡性质。结果表明:系统的基态性质依赖于两个量子点之间的耦合强度、系统的宇称和环的大小;在强耦合区,电流的峰值与零(弱)耦合区相比,有显著地增强,这说明两个量子点可以相干耦合而形成人造分子,因此,在未来的装置设计中,这个系统是很有潜力的。
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