开放量子点系统中的多体效应及其动力学演化

Open quantum dots system is the ideal platform for studying the quantum many-body problem. The theoretical investigation of many-body effect and the correlated transient dynamic properties not only enriches the strongly correlated theory, but also are beneficial to quantum information and quantum manipulation of the nanometer devices (such as multiple quantum dots). The existing theoretical methods such as nonequilibrium Green’s-functions formalism and time-dependent numerical renormalization group solve successfully the nonequilibrium transport problem of quantum-dot systems, but it still have difficulty on solving the many-body effect correlated transient dynamical problem. Especially, those methods are defective on multiple quantum-dot systems..Base on the previous works about open quantum impurity system, we will investigate the many-body effect and correlated transient dynamics of the open quantum dots system. Including, develop and optimize an numerical calculation method on the open quantum systems. It will be of some advantages, both the treatments on equilibrium many-body problem and transient dynamical process. By using this method, we will systematically study the many-body effect of open quantum dots systems, focusing on the many-body effect correlated time-dependent dynamic behaviors of double and triple quantum dots system. So the purpose is developing the theoretical approach on the strongly correlated electrons system, investigating the many-body effect and correlated time-dependent dynamics, finding the novel physical phenomena and analyzing the physical mechanism.

开放量子点系统是研究量子多体问题的理想平台，对其多体效应及其动力学演化行为的研究不仅能够充实强关联理论体系，而且为多量子点等纳米器件的量子信息和量子调控提供理论依据。现有的理论方法（如非平衡格林函数、含时数值重整化群等）虽然能够处理量子点的非平衡输运问题，但研究多体效应下的动力学瞬态问题还存在困难，特别是对多量子点系统的处理效率更低。本项目基于申请人关于开放量子杂质系统的前期工作基础，开展开放量子点系统中的多体效应及其动力学演化研究，包括：进一步发展和优化求解开放量子系统的数值计算方法，使其不但能求解平衡态下的多体问题而且能处理强关联体系的动力学瞬态过程；运用该方法研究开放量子点系统的多体效应；重点研究双量子点和三量子点系统中多体效应下的动力学演化等。旨在发展研究强关联体系的理论方法，实现对多量子点多体问题及其动力学演化行为的研究，获得多量子点多体效应下的新奇物理现象，揭示相关物理机制。

开放量子点系统中的多体效应及其动力学行为的研究对纳米器件中量子信息和量子调控有重要作用。现有理论研究方法对量子点多体效应下的动力学输运问题的研究还较困难。本项目开展强关联量子点中Kondo效应及其动力学特性的研究，包括以下四方面：. 1.研究了开放三量子点的Kondo云的交叠现象。通过谱函数、占据数和自旋关联描绘了边带量子点的Kondo云在中间量子点上的交叠图像。发现中间空轨道量子点的谱函数在Kondo区出现了传导电子峰，且高度随温度降低而升高。该电子峰来自于两个边带量子点上Kondo云的长程交叠，且导致中间量子点上的有效占据。从而，近邻量子点之间的自旋关联和非相邻量子点之间的自旋关联都是反铁磁关联效应。. 2.研究了强关联单量子点系统中Kondo共振辅助的热电输运行为。热电流在高温下随量子点能级表现出明显的锯齿形为。在占据数为1的区域，库仑阻塞效应使得热电流随能级升高由正变为负。低温下，由于Kondo效应的发生，热电流发生了电荷极性反转现象，并伴随电流幅度的显著增强。提出了物理量-粒子和空穴的占据差成功解释了电流的符号反转现象。. 3.研究了并联双量子点系统中Kondo效应依赖的热电输运特性。弱量子点间耦合强度下，热电流随量子点能级升高出现从负到正的变化行为。强量子点间耦合强度下，热电流出现符号的反转且表现出锯齿形振荡，随量子点能级升高出现从正到负的变化。该行为可以通过弱量子点间耦合强度下个别量子点的Kondo单态和强量子点间耦合强度下两个量子点形成的自旋单态的竞争机制来解释。. 4.研究了双量子点系统中磁场依赖的Kondo输运行为。在量子点间耦合强度和磁场竞争下，系统中的轨道单重态和自旋三重态会简并形成混合态。系统中部分局域磁矩被传导电子屏蔽形成Kondo共振，并主导系统中的输运行为。通过微分电导、谱函数和热电流等给出了磁场诱导的Kondo输运行为的清晰物理图像。. 上述结果对于研究强关联体系的多体问题具有重要意义，对研究和调控多量子点纳米材料的热电输运特性提供了新的理论基础。