受限量子相干导体的高频量子输运

At present, very little is known about quantum transport in confined quantum coherent conductors under high frequency, and many fundamental physical issues urgently need to be resolved both experimentally and theoretically. In this project, a team of researchers at Sichuan University will collaborate with those at McGill University and the University of Hong Kong, to carry out intensive investigations of GHz high frequency quantum coherent transport at ultra-low temperatures and in strong magnetic fields. Theoretically, the Keldysh non-equilibrium Green's function formalism will be used to calculate the dwell time of electrons confined inside quantum dots and the coupling strength between the dots and the electron reservoir, to determine the existence condition of quantum inductance. Experimentally, quantum point contacts and mesoscopic capacitors will be fabricated in the two-dimensional electron gas of an AlGaAs/GaAs semiconductor heterostructure having high electron mobility. We will carry out experimental investigations of the unusual behavior of the quantum capacitor with high frequency AC voltage applied in a static magnetic field, and attempt to observe the quantum inductance which has never been confirmed experimentally. Simultaneously, the interaction parameter g in the Luttinger model will be verified by the measured data. In addition, we will make an effort to observe the resonance behavior of a quantum RLC circuit, the possible quantum interference and/or the periodically varying admittance in systems with double quantum point contacts. Through the theoretical/experimental collaborations, we believe this research will make new and important discoveries as well as scientific innovations in the field of condensed matter physics.

目前人们对受限量子相干导体在高频条件下的量子输运知之甚少，有很多的物理问题亟待开展实验和理论研究。在本项目中，四川大学与加拿大麦吉尔大学、香港大学的研究人员合作，对千兆赫高频和极低温强磁场极端条件下的量子相干导体中电子的量子输运，进行更深入的研究。通过在高迁移率异质结上制作量子点接触和介观电容，在数千兆赫的频率下，利用Keldysh非平衡格林函数方法分析电子在量子点中的居留时间，以及量子点与电子库之间的耦合强度，积极探索量子电感的存在条件，从而实验研究量子电容在高频电压和外静磁场作用下的奇异行为，并证实量子电感特性，验证相互作用参数g的卢京格尔（Luttinger）模型的合理性。实验研究可能存在的量子RLC共振，以及双量子点接触之间可能出现的干涉或导纳的周期性变化。通过本项目的实施，揭示受限量子相干导体的高频量子输运行为，有可能在该凝聚态物理前沿作出重要发现或科学创新。

1996年Buttiker等人理论研究发现，量子相干介观电容器在高频电场驱动下，当量子通道打开后，电荷的弛豫电阻将为一常数。此理论预言在2006年由法国Glattli等人的实验证实。自此之后，在极低温强磁场环境下的高频量子输运一直是国际上前沿的物理研究。. 目前人们对受限量子相干导体在高频条件下的量子输运知之甚少，有很多的物理问题亟待开展实验和理论研究。在本项目中，四川大学与加拿大麦吉尔大学、香港大学的研究人员合作，对千兆赫高频和极低温强磁场极端条件下的量子相干导体中电子的量子输运，进行了更深入的研究。通过在高迁移率异质结上制作量子点接触和介观电容，在数千兆赫的频率下，利用非平衡格林函数方法分析电子在量子点中的居留时间，以及量子点与电子库之间的耦合强度，积极探索量子电感的存在条件，从而实验研究量子电容在高频电压和外静磁场作用下的奇异行为，并证实量子电感特性。. 本项目中，我们自行搭建了高频量子输运高精密低温测量系统，零拍检波系统等。实验研究发现，在千兆赫兹频率的高频电场驱动下，介观电容器件的电荷弛豫电阻在量子通道开通后为一常数，而量子电容呈振荡形式。对于量子点接触器件，我们实验观测到了交流量子化电导，而且，我们还首次观测到了在交流电导中的0.7反常结构。. 该成果将为未来新型量子计量用介观器件打下基础，对于交流量子电学计量基标准，研发单电子发生器，特别是对于高频量子计量信息技术和未来的电子学与计算机技术的发展具有极其重要的意义。