Control of Magnetotransport in Quantum Billiards: Theory, Computation and Applications

در این کتاب، انتقال کوانتومی منسجم الکترون‌ها از طریق ساختارهای مزوسکوپی دوبعدی در وابستگی به تعامل بین هندسه محدود و تأثیر میدان‌های مغناطیسی اعمال‌شده، با هدف کنترل‌پذیری رسانایی مورد بررسی قرار گرفته است.
پس از یک حرکت از بالا به پایین ، ارائه روشنگر عناصر دستگاه های مزوسکوپی و تئوری حمل و نقل، یک تکنیک محاسباتی که ساختارهای چند ترمینالی هندسه و توپولوژی دلخواه را درمان می کند توسعه یافته است. این روش متکی به مونتاژ مدولار انتشار دهنده های الکترونیکی زیرسیستم هایی است که به هم متصل شده اند یا به هم متصل هستند و انعطاف پذیری زیادی را در تنظیمات سیستم همراه با راندمان محاسباتی بالا ارائه می دهند. کنترل رسانایی برای اولین بار برای بیلیاردهای کوانتومی کشیده و آرایه‌های آن نشان داده می‌شود که در آن یک میدان مغناطیسی ضعیف جریان را با مدولاسیون فاز حالت‌های تداخلی همراه با سرب که به صورت هندسی از حالت‌های محدود جدا شده‌اند، تنظیم می‌کند. سپس از پتانسیل های دیوار نرم برای سوئیچینگ رسانایی کارآمد و قوی با جداسازی مسیرهای الکترونی پایدار، همسو شده یا مغناطیسی منحرف شده از رزونانس های فانو استفاده می شود. در یک پیکربندی چند ترمینال، ویژگی هدایت و تمرکز بخش‌های مرزی منحنی، انتقال جهت‌دار مغناطیسی را با امواج الکترونی ورودی که منحصراً به خروجی‌های انتخاب شده جریان می‌یابند، امکان‌پذیر می‌سازد. نتایج همراه با تجزیه و تحلیل جامع ویژگی‌های انتقال مشخصه و توزیع‌های فضایی حالت‌های پراکندگی، طراحی به کمک هندسی عناصر کنترل رسانایی مغناطیسی را در رژیم پاسخ خطی نشان می‌دهند.

In this book the coherent quantum transport of electrons through two-dimensional mesoscopic structures is explored in dependence of the interplay between the confining geometry and the impact of applied magnetic fields, aiming at conductance controllability.
After a top-down, insightful presentation of the elements of mesoscopic devices and transport theory, a computational technique which treats multiterminal structures of arbitrary geometry and topology is developed. The method relies on the modular assembly of the electronic propagators of subsystems which are inter- or intra-connected providing large flexibility in system setups combined with high computational efficiency. Conductance control is first demonstrated for elongated quantum billiards and arrays thereof where a weak magnetic field tunes the current by phase modulation of interfering lead-coupled states geometrically separated from confined states. Soft-wall potentials are then employed for efficient and robust conductance switching by isolating energy persistent, collimated or magnetically deflected electron paths from Fano resonances. In a multiterminal configuration, the guiding and focusing property of curved boundary sections enables magnetically controlled directional transport with input electron waves flowing exclusively to selected outputs. Together with a comprehensive analysis of characteristic transport features and spatial distributions of scattering states, the results demonstrate the geometrically assisted design of magnetoconductance control elements in the linear response regime.