Einfluss von Elektron-Phonon- und Elektron-Elektron-Wechselwirkungen auf Relaxations- und Transportprozesse in niedrigdimensionalen stark korrelierten Leitern

• Applicant: Privatdozent Dr. Andreas Komnik
• Subject Area: Theoretical Condensed Matter Physics
• Term: from 2004 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5423938

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

Ausgeprägte Quanteneffekte sind normalerweise nur in Systemen mit sehr kleinen Abmessungen von einigen Nanometer beobachtbar. Die typischen Längenskalen der kleinsten Strukturen unserer heutigen Mikroelektronik nähern sich langsam dieser Grenze. Aus diesem Grund steigt der Bedarf an detaillierten Kenntnissen der Transporteigenschaften von solch kleinen Strukturen. Dabei stellen Quantendrähte und Quantenpunkte die archetypischen Systeme dieser Art dar, in denen die elektronischen Freiheitsgrade als ein- bzw. nulldimensional angesehen werden können. Es stellt sich heraus, dass ihre Eigenschaften durch Wechselwirkungseffekte der Elektronen untereinander, sowie der Elektronen mit intrinsischen harmonischen Freiheitsgraden, (Schwingungen der Drähte oder Kopplung an äußere Umgebung) beherrscht werden. Das Ziel dieses Projekts war, genau diese Aspekte unter realistischen Bedingungen, wenn durch die Systeme ein endlicher elektrischer Strom fließt, detailliert zu untersuchen. Es ist gelungen, die nichtlineare Strom-Spannungscharakteristik eines stark wechselwirkenden Quantendrahtes mit einer eingebauten harmonisch schwingenden Störstelle sehr gut zu verstehen und die bereits mit Hilfe anderer Methoden angedeuteten Besonderheiten zu bestätigen. Ferner wurde ein Quantenpunkt mit einem lokalen harmonischen Freiheitsgrad betrachtet, der sowohl an nichtwechselwirkende als auch an wechselwirkende Zuleitungen angekoppelt ist. Es wurde explizit die Ladungstransferstatistik für die schwache Kopplung zwischen den harmonischen und den elektronischen Freiheitsgraden ermittelt. Es gelang, deutliche Effekte dieser Kopplung zu identifizieren und ihre Auswirkungen auf experimentell messbare Größen detailliert zu diskutieren. Im zweiten Teil des Projekts standen die Transporteigenschaften von Quantenpunkten mit Elektron-Elektron-Wechselwirkung im Mittelpunkt. Es wurde nicht nur die spinaufgelöste Ladungstransferstatistik eines Anderson-Störstellenmodells im stationaren Zustand mit einer konstanten angelegten Spannung in verschiedenen Grenzfallen ermittelt, sondern auch transiente Effekte untersucht. Die letzteren finden unmittelbar nach dem Einschalten der endlichen Spannung statt und äußern sich im relaxationsartigen zeitlichen Verlauf der observablen Größen. Diese Probleme wurden nicht nur mit analytischen Methoden angegangen, sondern in enger Zusammenarbeit mit anderen Forschern, auch mit Hilfe numerischer QMC-Simulationstechniken untersucht.

Publications

• Full counting statistics of spin transfer through a Kondo dot, Phys. Rev. B 75, 235105 (2007)
  T. L. Schmidt, A. O. Gogolin und A. Komnik
  
• Interaction-Induced Beats of Friedel Oscillations in Quantum Wires, Phys. Rev. Lett. 100, 146602 (2008)
  D. F. Urban und A. Komnik
  
• Transient dynamics of the Anderson impurity model out of equilibrium, Phys. Rev. B 78, 235110 (2008)
  T. L. Schmidt, P. Werner, L. Mühlbacher, und A. Komnik
  
• Charge transfer statistics of a molecular quantum dot with a vibrational degree of freedom, Phys. Rev. B. (Rapid Communications) 80, 041307 (2009)
  T. L. Schmidt und A. Komnik
  
• Transient dynamics of the nonequilibrium Majorana resonant level model, Phys. Rev. B 79, 245102 (2009)
  A. Komnik