FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O conhecimento teórico e experimental acumulado nas últimas décadas sobre pontos quânticos
semicondutores (PQs) impulsiona o surgimento de um grande número de propostas atuais de
utilizá-los em sistemas híbridos. A habilidade de controlar suas propriedades optoeletrônicas,
bem como o domínio de sofisticadas técnicas de fabricação, tornaram-os candidatos ideais para
formar junções com supercondutores (SCs), cujas características individuais são também notáveis. Essas junções podem ser simples, com um único PQ acoplado a um SC, ou múltiplas: a
conexão de dois terminais SCs através de um PQ (junção tipo Josephson) e a junção de dois
PQs através de um SC. Esta última forma um separador de pares de Cooper, dispositivo sugerido como fonte de partículas emaranhadas, que depende fundamentalmente da ocorrência de
reflexão de Andreev cruzada (CAR) nas interfaces da junção. Junções de PQs com SCs e com
supercondutores topológicos também tem sido propostas em sistemas de dois níveis formando
qubits para a computação quântica trivial e topológica. Embora o estudo das junções PQ-SC
esteja em evidência atualmente, a revisão da literatura mostra que a análise do regime transiente
foi pouco explorada. Por isso, abordamos neste trabalho o transporte de cargas em uma junção
PQ-SC-PQ com resolução temporal. Utilizando técnicas de função de Green de não-equilíbrio,
particularmente, o formalismo de Kadanoff-Baym, escrevemos um conjunto de equações diferenciais acopladas, solucionado numericamente. Analisando as oscilações de Rabi que surgem
na evolução temporal da corrente elétrica e das ocupações dos PQs, fomos capazes de identificar assinaturas de mecanismos de espalhamento através da junção, isto é, o tunelamento direto
e a CAR. Adicionalmente, propusemos a expansão deste sistema pela sua inserção na estrutura
de um fotodiodo, aplicando luz laser sobre um dos PQs. Os resultados mostram que ocorre a
separação dos níveis opticamente excitados em dubletos de Autler-Townes, para acoplamentos
fracos entre os PQs. Consequentemente, é observada a ocorrência de CAR, mediada pelo laser
aplicado, através dos níveis que compõe o dubleto. Os resultados tem dependência também
com a tensão fonte-dreno aplicada ao dispositivo, que pode estar no limite de bias alta (HB) ou
zero (ZB). Este é o primeiro trabalho a analisar a separação de pares de Cooper assistida por
fótons em uma junção PQ-SC-PQ, em regime de não-equilíbrio. Embora os resultados experimentais ainda sejam escassos, a inclusão de um SC em um fotodiodo de PQs híbrido permite
novos mecanismos de formação de fotocorrente, abrindo novas possibilidades de aplicações
desse sistema. / The theoretical and experimental knowledge accumulated in the last decades on semiconductors quantum dots (QDs) impulses the emergence of many current proposals for using them in
hybrid systems. The ability to control their optoelectronic properties, as well as the control of
fabrication techniques, made them the perfect candidates to compose junctions with superconductors (SCs), whose individual characteristics are also remarkable. These junctions can be
simple, with a single QD coupled to a SC, or multiple: a connection of two superconducting
terminals through a QD (a Josephson-like junction) and the junction of two QDs through a SC.
The latter is known as a Cooper-pairs splitter, a device suggested as a source of entangled particles, for which is required the occurrence of crossed Andreev reflection (CAR) on the interfaces
of the junction. Junctions of QDs with SCs and with topological SCs have also been proposed
in two-level systems as qubits for both trivial and topological quantum computation. Despite
the study of QD-SC junctions being currently in evidence, the literature review shows that the
analysis of transient regime was little explored. Therefore, we address in this work the topic
of time-dependent charge transport in a QD-SC-QD junction. By using non-equilibrium Green
functions techniques, particularly, the Kadanoff-Baym formalism, we write down a set of coupled differential equations, which is numerically solved. Examining the Rabi oscillations that
appears on the time evolution of electric current and QDs occupations, we were able to identify
signatures of the scattering mechanisms through out the junction, i. e., direct tunnelling and
CAR. Additionally, we propose to use this system as a photodiode, with the aid of a laser beam
over one of the QDs. The results show the splitting of the optically excited states in Autler-
Townes doublets, for a weak coupling between the QDs. Hence, CAR mediated by the applied
laser was observed through the energy levels that compose the doublet. The results depend
also with the source-drain potential applied to the device, which can be high bias (HB) or zero
bias (ZB). The present work is the first to analyse the splitting of Cooper pairs assisted by photons in a QD-SC-QD junction, in nonequilibrium regime. Although the experimental results
are still sparse, the inclusion of a SC in a QD hybrid photodiode allows new mechanisms of
photocurrent formation, creating possibilities in future applications. / Tese (Doutorado)
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/20352 |
| Date | 07 July 2017 |
| Creators | Assunção, Maryzaura de Oliveira |
| Contributors | Souza, Fabrício Macedo de, Seridônio, Antônio C. F., Girão, Eduardo Costa, Diniz, Ginetom de Souza, Ferreira, Gerson J. |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Física, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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