Электронный транспорт через контакт квантовой проволоки с объемными электродами

Abstract

We study theoretically how interelectron interaction affects an electron transport through contacts of one-dimensional (1D) conductor with metallic 2D or 3D leads. We consider spin-polarized electron described by Tomonaga-Luttinger Hamiltonian. We derive boundary conditions which connect current and charge density at the boundary of 1D conductor with applied ac or dc electric potential. We also derive boundary conditions for fluctuations. It is shown, that if the contact is not adiabatic one, then Friedel oscillations of charge density in 1D conductor near the contact strongly suppress conductivity. The effect is similar to effect of impurities in 1D electron systems with repulsion. If the applied voltage is higher than the conductance increases drastically, with dc current being accompanied by coherent oscillations of frequency.

• quantum wire
• boundary conditions
• electron-electron interaction
• electron transport

Аннотация (на русском)

Электронный транспорт через контакт квантовой проволоки с объемными электродами

Теоретически исследовано влияние межэлектронного взаимодействия на электронный транспорт через контакты одномерного (1D) проводника с металлическими 2D- или 3D-электродами. Рассмотрен случай поляризованных по спину электронов, описываемых на основе гамильтониана Томонаги-Латтинджера. Выведены граничные условия, связывающие ток и плотность заряда на границе 1D проводника с приложенным к электродам электрическим потенциалом (постоянным или переменным), получены также граничные условия для флуктуаций. Показано, что если контакт не является адиабатическим, то фриделевские осцилляции плотности заряда, возникающие вблизи контакта в 1D-системе, сильно подавляют проводимость системы аналогично действию примесей в системах 1D электронов с отталкиванием. Если приложенное постоянное напряжение превышает пороговое значение проводимость резко увеличивается, причем протекание постоянного тока сопровождается генерацией колебаний тока с частотой.

For citation

References

1. Kane C.L., Fisher M.P.A // Phys. Rev. Lett. 1992 V.68. No8. P.1220.
2. Giamarchi T. Quantum Physics in One Dimension. Oxford: Clarendon Press, 2003.
3. Auslaender O.M., Steinberg H., Yacoby A. et al. // Science 2005 V.308. No 5718. P. 88.
4. Ishii H., Kataura H., Shiozawa H. et al. // Nature 2003 V. 426. No 6966. P. 540.
5. Artemenko S.N., Remizov S.V., Shapiro D.S. // Письма в ЖЭТФ 2009. V.87. No 12. P. 792.
6. Egger R., Grabert H. // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 80. No 10. P. 2255.
7. Grabert H. Exotic States in Quantum Nanostructures / Ed. by S. Sarkar. Dordrecht: Kluwer, 2003. P.1.
8. Blanter Ya. M., Büttiker M. // Phys. Rep. 2000. V. 336. No 1-2. P. 1.
9. Artemenko S.N., Shapiro D.S., Vakhitov R.R., Remizov S.V. // J.Phys.:Conf. Ser. 2009. V.193. No 1. P. 012119.