We address theoretical questions in quantum nanoelectromechanical systems. These are systems where a mechanical oscillator is coupled to a conductor in which single electrons or the quantum coherence of electrons plays an important role. The interplay of quantum electronics with the motion of a relatively macroscopic object provides a way to probe both the mechanics and the electronics with extraordinary sensitivity. We address three problems based on monitoring either the electronic or mechanical component to measure quantum properties of the coupled system. First, we study the full charge transfer statistics and correlations in a tunnel junction coupled to a mechanical oscillator, viewing the current measured through the junction as a detector of the oscillator position. We find several surprising results that are not obtained in a study of only the average and variance of tunneled charge. Even when the oscillator is weakly coupled to the tunnel junction, it can lead to highly non-Gaussian tunneling statistics; moreover, non-Gaussian correlations between the oscillator motion and transferred charge show that the backaction of tunneling electrons on the oscillator cannot be fully described as coupling the oscillator to an effective thermal bath. Second, we use a general scattering approach to study the backaction of a quantum point contact position detector on a mechanical oscillator. Our results remain valid far from the tunneling limit, an important experimental regime and where previous calculations of backaction break down. We obtain the backaction damping and heating directly in terms of the scattering matrix, and find that not only the transmission but also the scattering phases play an important role. Finally, we study a quantum dot capacitively coupled to an oscillating cantilever. In this case, the damping of the mechanical oscillator is monitored to measure quantum electronic properties of the dot. For weak electromechanical coupling, we f / Nous abordons des questions théoriques dans le domaine des systèmes quantiques nanoélectromécaniques. Ceux sont les systémes où un oscillateur mécanique est couplé à un conducteur dans lequel les électrons individuels ou la cohérence quantique des électrons joue un rôle important. L'interaction entre un dispositif électronique dans le régime quantique avec le mouvement d'un objet macroscopique fournit un moyen de sonder à la fois les degrés de liberté méchaniques et électroniques avec une sensibilité extraordinaire. Nous réglons trois problèmes basées sur la surveillance soit la composante électronique ou mécanique pour mesurer les propriétés quantiques du systéme couplé. D'abord, nous étudions les statistiques complète de transfert de charge et les corrélations dans une jonction tunnel couplé à un oscillateur mécanique, en traitant le courant mesuré à travers la jonction comme un détecteur de la position de l'oscillateur. Nous trouvons plusieurs résultats surprenants qui ne sont pas obtenus dans un étude de seulement la moyenne et la variance de la charge qui tunnel. Même lorsque l'oscillateur est faiblement couplé à la jonction tunnel, il peut produire des statistiques fortement non-Gaussian; d'ailleurs, les corrélations non-Gaussian entre le mouvement de l'oscillateur et la charge transférée montrent que le backaction associé avec l'effet tunnel des électrons sur l'oscillateur ne peut être entièrement décrit du point de vue du couplage de l'oscillateur à un bain thermique effectif. Deuxièmement, nous utilisons une approche générale pour étudier le backaction quantique sur un oscillateur mécanique causé par un détecteur de position, comprenant un point contact quantique. Nos résultats restent applicables loin de la limite de tunnel; un régime expérimental important et où les calculs précédents du backaction ne s'appliquent pas. Nous obtenons le backaction d'amortisseme
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.95081 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Bennett, Steven |
| Contributors | Aashish Clerk (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0016 seconds