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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1024| Estudio de la magnetoconductancia de dispositivos basados en nanoconstricciones cuánticas acopladas Study of the magnetoconductance of nanodevices based in coupled quantum point contacts | |
| Rubén César Villarreal Sánchez | |
| Ernesto E. Marinero Francisco Mireles Higuera | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Funciones de Green,Nanoconstricciones cuánticas acopladas,Resonancia Fano,Magnetoconductancia,Voltajes asimétricos,Aharonov-Bohm | |
| En esta tesis realizamos un estudio numérico sistemático de la conductancia eléctricaen variedad de dispositivos cuánticos basados en estructuras cuasi-unidimensionales deuna y doble constricción cuántica formados en nanoalambres semiconductores. Es denuestro particular interés el modelar el transporte electrónico en presencia de dispersoreselásticos, así como investigar la influencia de campos magnéticos en los fenómenos deinterferencia cuántica en tales dispositivos. Nuestra investigación fue fuertemente motivada por experimentos de transporte realizados recientemente en dispositivos conformados por un alambre cuántico cuasi-unidimensional con una impureza artificial (hueco)embebida en el centro del alambre. La impureza artificial en conjunto con las paredesdel nanoalambre promueven la formación de constricciones cuánticas cuya transmitividad electrónica es controlable independientemente por voltajes de compuerta. Lametodología de este estudio numérico se basa en el uso de un Hamiltoniano de amarrefuerte que describe apropiadamente el sistema cuasi-unidimensional. Tal Hamiltonianoes empleado en el cálculo de la función de Green del sistema a través de una eficiente técnica recursiva que involucra la ecuación de Dyson. La conductancia eléctricaes determinada dentro del formalismo de transporte cuántico balístico de Landaueren el régimen de respuesta lineal. El cálculo involucra las amplitudes de transmisiónelectrónica a través de la evaluación de las funciones de Green en las terminales deldispositivo que son obtenidas vía las relaciones de Fisher-Lee.Siguiendo un procedimiento sistemático para verificar la validez y versatilidad de lametodología numérica implementada, se estudió el transporte electrónico en sistemascon diferentes tipos de dispersores como impurezas puntuales localizadas, discos depotencial atractivo y repulsivo, así como barreras cuánticas inmersas en el nanoalambre. Lo anterior permitió reproducir resultados reportados en la literatura y validarla metodología numérica implementada. Asimismo logramos reproducir las principalescaracterísticas de las mediciones experimentales realizadas a campo magnético cero dela conductancia en constricciones cuánticas acopladas, incluyendo la cuantización de laconductancia, efectos de resonancias tipo Ramsauer, entre otros fenómenos de interferencia cuántica. A campo finito nuestros cálculos predicen la formación de oscilaciones Aharonov-Bohm en la conductancia en tal dispositivo, así como la aparición de resonancias tipo Fano debido a la formación de estados localizados alrededor de la impureza ya un efecto de transmisión resonante entre dichos estados y estados de borde presentesen el sistema. Observamos que tales resonancias pueden ser controladas mediante laaplicación de voltajes asimétricos a las constricciones. Este fenómeno podría ser deutilidad en la fabricación de sensores de carga y de campo magnético de alta resoluciónde tamaño nanoscópico que funcionen a temperaturas criogénicas. In this thesis we performed a systematic numerical study of the electrical conductance in a variety of quantum devices based on quasi-one-dimensional structures ofsingle and double quantum constrictions formed in semiconductor nanowires. Our particular interest is to model the electron transport in the presence of elastic scatterers,as well as to investigate the influence of magnetic fields in the quantum interferencephenomena in such devices. Our research was strongly driven by transport experimentsconducted recently on devices formed by a quasi-onedimensional quantum wire with anartificial impurity (hole) embedded in the center of the wire. The artificial impuritytogether with the walls of the nanowire promote the formation of quantum point contacts whose transmissivity is controlled independently by electronic gate voltages. Themethodology of this numerical study is based on the use of a tight binding Hamiltonian that describes appropriately the quasi-onedimensional system. This Hamiltonianis used in the calculation of the Green function of the system through an efficient recursive technique involving the Dyson equation. The electrical conductance is determinedwithin the formalism of ballistic quantum transport in the Landauer linear responseregime. The calculation involves the electronic transmission amplitudes through theevaluation of Green’s functions at the terminals of the device which are obtained viathe Fisher-Lee relationships.Following a systematic procedure to verify the validity and versatility of the numerical methodology implemented, we study the electron transport in systems with differenttypes of scatterers as local impurities, discs with attractive and repulsive potentials aswell as quantum barriers embedded in the nanowire. This allowed to reproduce resultsreported in the literature and validate the numerical methodology implemented. Wealso managed to reproduce the main features of the experimental conductance measurements performed at zero magnetic field in coupled quantum point contacts, includingthe quantization of the conductance and Ramsauer resonance behavior, among otherquantum interference phenomena.A finite field our calculations predict the formation of Aharonov-Bohm oscillationsin conductance in such a device, as well as the appearance of Fano resonances dueto the formation of localized states around the impurity and the effect of resonanttransmission between these states and edge states present in the system. We notethat such resonances can be controlled by applying asymmetrical voltages to the pointcontacts. This phenomenon could be useful in the fabrication of charge and magneticsensors of high-resolution of nanoscopic size operating at cryogenic temperatures. | |
| CICESE | |
| 2012 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Villarreal Sánchez, R.C.2012.Estudio de la magnetoconductancia de dispositivos basados en nanoconstricciones cuánticas acopladas.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.138 pp. | |
| OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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