Phase-coherent transport and Higgs dynamics in superconductor-quantum dot hybrids
Description
In the present work, we investigate the transport and dynamic nonequilibrium properties of superconductor-quantum dot hybrids. This consists of a single-level quantum dot coupled to two BCS superconductors, which is brought into nonequilibrium by a temperature gradient and a phase difference. We analyze the interplay of the superconducting correlations induced on the quantum dot, the proximity effect, the strong Coulomb interaction, and the nonequilibrium dynamics. To describe these properties, we use an extension of the real-time diagrammatics. This can be used to describe sequential tunneling and the proximity effect, which has its origin in Andreev processes. In this system, an explicit phase dependence of the charge and heat flux already occurs in the stationary non-equilibrium, the measurement of which allows an experimental access to the coherences on the quantum dot. Also, a thermoelectric effect is revealed which persists even directly at the point of particle-hole symmetry as it is broken by renormalization of energy levels. Due to the temperature dependence of the superconductor band gap, the system can additionally be realized as a highly effective heat diode. In non-equilibrium, a superconductor pair amplitude is induced on the quantum dot by the proximity effect. We can understand its nonstationary dynamics in analogy to the dynamics of the order parameter in the bulk superconductor. In the case of an instantaneous change of the system (quench), there is a short-lived build-up of the pair amplitude. However, the following exponential decay does not allow observation of coherent oscillations. However, if individual parameters are periodically modulated, oscillations of the magnitude and phase of the pair amplitude occur, which can be understood as an analogy to the Higgs mode or Nambu-Goldstone mode in the bulk superconductor.
Availability note (English)
Also available from: https://www.dr.hut-verlag.de/978-3-8439-5133-3.htmlAbstract (German)
In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir den Transport und die dynamischen Nichtgleichgewichtseigenschaften von Supraleiter-Quantenpunkt-Hybriden. Dieser besteht aus einem Einzelniveau-Quantenpunkt, der an zwei BCS-Supraleiter gekoppelt ist und durch einen Temperaturgradienten sowie eine Phasendifferenz ins Nichtgleichgewicht gebracht wird. Wir analysieren das Wechselspiel der auf dem Quantenpunkt induzierten supraleitenden Korrelationen, dem Proximity-Effekt, der starken Coulombwechselwirkung und der Nichtgleichgewichtsdynamik. Um diese Eigenschaften zu beschreiben, benutzen wir eine Erweiterung der Real-Zeit-Diagrammatik. Mit dieser lassen sich sequentielles Tunneln und der Proximity-Effekt, der seinen Ursprung in Andreev-Prozessen hat, beschreiben. In diesem System kommt es bereits im stationären Nichtgleichgewicht zu einer expliziten Phasenabhängigkeit des Ladungs- und Wärmestroms, deren Messung einen experimentellen Zugang zu den Kohärenzen auf dem Quantenpunkt ermöglicht. Auch zeigt sich ein thermoelektrischer Effekt, der auch direkt am Punkt der Teilchen-Loch-Symmetrie bestehen bleibt, da diese durch die Renormierung von Energieniveaus gebrochen wird. Durch die Temperaturabhängigkeit der Supraleiter-Bandlücke lässt sich das System zusätzlich als hoch effektive Wärmediode realisieren. Im Nichtgleichgewicht wird durch den Proximity-Effekt eine Supraleiter-Paaramplitude auf dem Quantenpunkt induziert. Deren nichtstationäre Dynamik können wir in Analogie zur Dynamik des Ordnungsparameters im Bulk-Supraleiter verstehen. Im Fall einer instantanen Änderung des Systems (Quench) kommt es zu einem kurzzeitigen Aufbau der Paaramplitude. Der folgende exponentielle Zerfall erlaubt allerdings keine Beobachtung von kohärenten Oszillationen. Wenn aber einzelne Parameter periodisch moduliert werden, kommt es zu Oszillationen des Betrags und der Phase der Paaramplitude, die als Analogie zu der Higgs-Mode bzw. Nambu-Goldstone-Mode im Bulk-Supraleiter verstanden werden kann.Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Phasenkohärenter Transport und Higgs-Dynamik in Supraleiter-Quantenpunkt-Hybriden
Identifiers
Publishing Information
- Publisher
- Dr. Hut
- Imprint Place
- Muenchen (Germany)
- ISBN
- 978-3-8439-5133-3
- Imprint Pagination
- 117 p.
- Series
- Physik
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 54055085
- Subject category
- S75: CONDENSED MATTER PHYSICS, SUPERCONDUCTIVITY AND SUPERFLUIDITY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- EQUILIBRIUM; HIGGS BOSONS; HIGGS MODEL; ORDER PARAMETERS; OSCILLATIONS; PROXIMITY EFFECT; QUANTUM DOTS; SUPERCONDUCTORS; TEMPERATURE DEPENDENCE
- Descriptors DEC
- BOSONS; DIMENSIONLESS NUMBERS; ELEMENTARY PARTICLES; MATHEMATICAL MODELS; NANOSTRUCTURES; PARTICLE MODELS