Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7343

Electronic Transport and Noise in Quantum Dot Systems

Jasmin Aghassi

Abstract
In this thesis we describe the current and shot noise properties of quantum dot systems. Their transport characteristics reveal information about interesting quantum mechanical effects such as the energy quantization and electronic correlations due to Coulomb interactions of electrons. Based on a diagrammatic real time approach we developed a numerical method to describe the current and shot noise. The method includes all relevant quantities such as the electron spin, the Coulomb interaction as well as thedelocalized nature of the electronic wavefunctions in coupledquantumdots. Our approach is based on a perturbative expansion in terms of the coupling constant to the leads and thus allows to describe sequential tunneling as well as co-tunneling transport in local as well as non-local multilevel systems. For a system of a double quantum dot we analyzed in detail the influence of asymmetries on the electronic transport properties and found strong correlations. In contrast, larger systems such as three and more coupled quantum dots display a strong noise enhancement even in fully symmetric situations due to their complex delocalized wavefunctions. Within the Coulomb blockade transport is governed by co-tunneling processes. In particular we investigated the regime of co-tunneling assisted sequential tunneling and described characteristic features in the differential conductance as well as the noise properties.

Transport und Stromrauschen in Quantenpunktsystemen

Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Beschreibung des elektronischen Stromes und des Schrotrauschens in Quantenpunkten. Deren charakteristische Transporteigenschaften geben Aufschluss über interessante quantenmechanische Effekte wie die Quantisierung der elektronischen Energieniveaus sowie Korrelationseffekte, die z.B. durch die Coulomb Wechselwirkung der Elektronen hervorgerufen werden. Basierend auf einer Realzeit-Störungstheorie wurde eine numerische Methode zur Berechnung des Stromes und des Schrotrauschens implementiert, die es erlaubt, relevante Grössen wie den Spin der Elektronen, ihre gegenseitige Coulomb Wechselwirkung sowie die delokalisierte elektronische Wellenfunktion in gekoppelten Quantenpunkten zu berücksichtigen. Unsere Methode beruht auf einer störungstheoretischen Entwicklung in Ordnungen der Kopplungskonstanten zu den elektronischen Zuleitungen. Sie erlaubt erstmals die vollständige Beschreibung eines elektronischen Systems mit mehreren lokalen sowie nicht lokalen Niveaus unter Berücksichtigung sowohl sequentieller Tunnelprozesse als auch Kotunnel-Prozesse. Es wurde detailliert der Einfluss von Asymmetrien auf das Strom-und Rauschverhalten in Doppelquantenpunkten untersucht und gezeigt, unter welchen Bedingungen starke Korrelationen im elektronischen Transport auftreten. Hingegen zeigen grössere Systeme, wiedrei oder mehrere gekoppelte Quantenpunkte aufgrund ihrer komplexen elektronischen Wellenfunktion ein stark erhöhtes Rauschen auch in symmetrischen Konfigurationen. Innerhalb des Coulomb Blockade Regimes wurde insbesondere das Kotunneln-induzierte sequentielle Tunneln im Leitwert als auch im Rauschen in Abhängigkeit einer Gatespannung charakterisiert.

VOLLTEXT

BIBLIOTHEK