Spin dependent electron transport through single and double quantum dot systems

Abstract

La presente tesis pertenece al campo de la f¿¿sica de la materia condensada, y en particular, a la teor¿¿a de sistemas mesosc¿opicos de baja dimensionalidad. Esta tesis se concentra en el transporte electr¿onico a trav¿es de puntos cu¿anticos. Durante la ¿ultima d¿ecada, el esp¿¿n de los electrones de una corriente el¿ectrica que circula a trav¿es de un sistema de puntos cu¿anticos ha sido investigada exhaustivamente experimental y te¿oricamente, debido a su interacci¿on con los espines del entorno en el que se encuentra el sistema. Gran cantidad de trabajos han comprobado que esta interacci¿on entre espines es responsable de fen¿omenos de relajaci¿on y decoherencia. Esta tesis est¿a consagrada al estudio de procesos de dispersi¿on entre electrones confinados en un sistema de puntos cu¿anticos y un ba¿no de espines que describe el entorno; se ha prestado special atenci¿on al efecto que tienen estos procesos sobre la corriente el¿ectrica a trav¿es del sistema. Esta tesis est¿a estructurada de la siguiente forma. En el cap¿¿tulo uno presentamos un breve resumen sobre puntos cu¿anticos, concentr ¿andonos sobre todo en los conceptos b¿asicos detr¿as del modelo te¿orico usado a lo largo de esta tesis para describir sistemas de puntos cu¿anticos. El cap¿¿tulo dos consiste en una breve introducci¿on al transporte electr¿onico a trav¿es de puntos cu¿anticos. En primer lugar, se describen las escalas de tiempo fundamentales en el proceso transporte electr¿onico. A continuaci¿on, resumimos los diferentes reg¿¿menes de transporte posibles en funci¿on de la relaci¿on entre las escalas de tiempo introducidas en la primera parte del cap¿¿tulo. Para finalizar, presentamos el modelo usado en esta tesis para describir transporte electr¿onico a trav¿es de puntos cu¿anticos. A lo largo de los cap¿¿tulos tres y cuatro, estudiamos el efecto de la interacci¿on hiperfina sobre el transporte electr¿onico a trav¿es de un doble punto cu¿antico en el r¿egimen de bloqueo de esp¿¿n. En el cap¿¿tulo tres desarrollamos un modelo te¿orico para describir los procesos de relajaci¿on de esp¿¿n debidos a la interacci¿on entre los espines de los electrones atrapados en el doble punto cu¿antico y los espines de los n¿ucleos del material hospedador; adem¿as, derivamos ecuaciones de balance para describir el proceso de transporte mediado por la interacci¿on hiperfina. En el cap¿¿tulo cuatro presentamos los resultados obtenidos al resolver las ecuaciones de balance obtenidas en el cap¿¿tulo anterior. En el cap¿¿tulo cinco investigamos el transporte electr¿onico a trav¿es un punto cu¿antico. Los electrons del punto cu¿antico est¿an acoplados anisotr¿opicamente a un esp¿¿n grande (i.e., cuyo momento angular es mucho mayor que 1/2) y aislado -que modeliza un ba¿no de espines- en presencia de un campo magn¿etico externo. Desarrollamos un modelo para describir dicho sistema, y derivamos y encontramos la soluciones para las ecuaciones de movimiento que describen la din¿amica de los electrons del punto cu¿antico y del esp¿¿n grande. Finalmente, la tesis posee tres ap¿endices. En el primero se desarrolla un modelo sencillo para describir el r¿egimen de bloque de esp¿¿n. En el segundo ap¿endice, repasamos la estructura hiperfina en ¿atomos para luego derivar el hamiltoniano de la interacci¿on hiperfina en puntos cu¿anticos. El tercer ap¿endice consiste en c¿alculos complementarios al cap¿¿tulo cinco, incluyendo una derivaci¿on detallada de las ecuaciones de movimiento.