Quantum dots: a doorway to nanoscale physics

نقاط کوانتومی، که اغلب به اتم‌های مصنوعی نشان داده می‌شوند، ابزارهای نفیسی هستند که رفتار کوانتومی را می‌توان در مقیاسی بسیار بزرگتر از مقیاس اتمی، یعنی در مقیاس نانومتری، بررسی کرد. به این ترتیب، فیزیک دستگاه‌ها نسبت به فیزیک اتمی به فیزیک کلاسیک نزدیک‌تر است، اما هنوز به اندازه کافی کوچک هستند تا به وضوح پدیده‌های کوانتومی را نشان دهند. جلد حاضر به معرفی برخی از این جنبه های جذاب اختصاص دارد که به ویژه دانشجویان فارغ التحصیل و محققان جوان در این زمینه را مورد توجه قرار می دهد. در اولین سخنرانی توسط R. Shankar به جنبه های نظری کلی مایعات فرمی، به ویژه رویکرد گروه عادی سازی مجدد پرداخته می شود. سپس این به درستی برای نقاط کوانتومی بزرگ اعمال می شود. رویکرد کاملاً متفاوتی در مقاله دوم توسط J.M. Elzerman و همکاران مشاهده شده است. از آنجایی که این یک نمایش تجربی کامل از آنچه می توان در مطالعه نقاط کوانتومی کوچک انجام داد یا انتظار داشت. در اینجا تاکید بر اسپین الکترون است که به عنوان کیوبیت استفاده می شود. در سری سوم سخنرانی، توسط M. Pustilnik و Leonid I. Glazman، مکانیسم‌های انتقال الکترونیکی در دمای پایین از طریق یک نقطه کوانتومی - که به طور ضعیف به دو لید رسانا متصل شده‌اند - بررسی می‌شوند. سری چهارم سخنرانی های C.W.J. Beenakker با یک جنبه بسیار جالب از نانوفیزیک سر و کار دارد: ویژگی عجیب آینه های ابررسانا که توسط Andreev حدود چهل سال پیش کشف شد و هنوز برای فیزیکدانان تجربی چالشی است.

Quantum dots, often denoted artificial atoms, are the exquisite tools by which quantum behavior can be probed on a scale appreciably larger than the atomic scale, that is on the nanometer scale. In this way, the physics of the devices is closer to classical physics than that of atomic physics but they are still sufficiently small to clearly exhibit quantum phenomena. The present volume is devoted to an introduction to some of these fascinating aspects, addressing in particular graduate students and young researchers in the field. In the first lecture by R. Shankar the general theoretical aspects of Fermi liquids are addressed, in particular the renormalization group approach. This is then aptly applied to large quantum dots. A completely different approach is encountered in the second contribution by J.M. Elzerman et al. in that it is a thorough experimental expose of what can be done or expected in the study of small quantum dots. Here the emphasis lies on the electron spin to be used as a qubit. In the third lecture series, by M. Pustilnik and Leonid I. Glazman mechanisms of low-temperature electronic transport through a quantum dot -- weakly coupled to two conducting leads -- are reviewed. The fourth series of lectures by C.W.J. Beenakker deals with a very interesting aspect of nanophysics: a peculiar property of superconducting mirrors discovered by Andreev about forty years ago and still a challenge to experimental physicists.