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Graphene Double Quantum Dot Transport Property Zhan Su Jan. 12, 2011.

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1 Graphene Double Quantum Dot Transport Property Zhan Su Jan. 12, 2011

2 在双量子点上基本性质的测量 由 HoneyComb Pattern 来推算电容 由 HoneyComb Pattern 来估测能量转换因子 由激发态来测量量子点内部能级 由输运的电流的大小来推算 tunnel rate 和 tunnel coupling

3 1. 由 Honey Comb 来推算电容 Double Dot 电容模型(忽略交互电容) Double Dot 电容模型(完整模型)

4 在小偏压以及忽 略电极与量子点 之间的交互影响 的情况下的电化 学势表达式 完整的表达式

5 电容的提取 通过 Honeycomb pattern 提取电压值,来推算电 容

6 详细解释 1 Honeycomb Pattern 的形成 黑点: 白点:

7

8 黑点的电化学势变化过程

9 (M-1, N) (M, N-1) (M, N) (M, N+1) 这两个点的第一个量子点的电 化学势相等,即 带入表达式,得到

10 (M-1, N) (M, N-1) (M, N) (M, N+1) 这两个点的第二个量子点的电 化学势相等,同理可得:

11 (M-1, N) (M, N-1) (M, N) (M, N+1) 这两个点的第一个量子点对应 ( M, N) 和 (M, N+1) 的电化学势 相等,都为 0 ,即 带入表达式,得到

12 (M-1, N) (M, N-1) (M, N) (M, N+1) 这两个点的第二个量子点对应 ( M+1, N) 和 (M, N) 的电化学势 相等,都为 0 ,同理可得:

13 2. 由 HoneyComb Pattern 来估测能量转换因子 三角形的边界由下面几个条件决定: 相当于量子点的能级在源和漏的窗口之间

14 这种斜率的线代表两条能级 同升同降 这种斜率的线代表第一个量 子点的能级不变 这种斜率的线代表 第二个量子点的能 级不变 三角形内部平行线是量子点激发态的反映

15 两者的电化学势在( 1 , 1 ) 下相差 eV ,列出表达式, 可以解出: 在 C1,C2>>Cm 时,公式可简 化为:

16 两者的电化学势在( 1 , 1 ) 下相差 eV ,列出表达式, 可以解出: 在 C1,C2>>Cm 时,公式可简 化为: 因为 Vsd 所对应的是能量,由此便得到了 Vg1 和 Vg2 的能量转换因子

17 测量方法 1 由前面所计算出的能量转换因子将横纵坐标转 化为能量。 Vandersypen 文章中图没有转换是因 为他们所得的转换因子对两个量子点是相等的。 2 将电流大小对 detuning 作图, detuning=E1-E3 。 得到下图: 3 观察第一个峰与第二个峰之间的失谐量之 差的 0.707 被,即为激发态的能级间距。(第 二个图为反向偏置,电流为负值,观察它的 电流谷之间的距离) 3. 由激发态来测量量子点内部能级

18 对于上面的实验数据的讨论 理想数据的形状: 此时在乘上能量转换因子之后, 所得到的三角形应该是等边三角 形,而实验所得的图像是偏离等 边三角形的,有两个原因: 1 能量转换因子算的不够准确 2 两个三角形交叠在一起增大了 底边的长度

19 4. 由输运的电流的大小来推算 tunnel rate 和 tunnel coupling 做法: 1 沿着图中所示的直线进行扫描, 测量直流电流的大小。 2 对基态的峰使用表达式 进行拟合 3 提取 tunnel rate 和 interdot tunnel rate

20 拟合公式的推导 使用密度矩阵方法 蓝色部分由量子点与源和漏的跃迁 给出,其余部分由量子态的演变公 式:

21 将上面的四个公式写成矩 阵的形式,可以得到一个 常微分方程: 得到静态解。将这个静态带入 电流的表达式, 得到电流的表达式: 当 T<<GammaR 和 GammaL 时,可以得 到表达式为: 公式里漏了 e 与前面的表达式: 一致


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