Quantum interference phenomena in transport through molecules and multiple quantum dots

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
ISBN:	978-3-86845-041-5
Publisher:	Universitätsverlag Regensburg
Place of Publication:	Regensburg
Series of the University of Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Volume:	9
Number of Pages:	101
Date:	18 December 2009
Referee:	Prof. Dr. Milena Grifoni and Prof. Dr. Jens Paaske
Date of exam:	13 October 2009
Institutions:	Physics > Institute of Theroretical Physics > Chair Professor Grifoni > Group Milena Grifoni
Keywords:	Molekulare Elektronik, Quantentransport, Quantenpunkte, molecular electronics, quantum transport, quantum dots
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	11764

Abstract (English)

In this thesis, we investigate electronic transport through molecular quantum dots weakly coupled to source and drain leads. To describe the electronic spectrum of the molecule that forms the quantum dot, the Pariser-Parr-Pople Hamiltonian for conjugated molecules is introduced and adapted to the case of a benzene molecule. The generalized master equation (GME), which is the equation of motion ...

Abstract (English)

In this thesis, we investigate electronic transport through molecular quantum dots weakly coupled to source and drain leads. To describe the electronic spectrum of the molecule that forms the quantum dot, the Pariser-Parr-Pople Hamiltonian for conjugated molecules is introduced and adapted to the case of a benzene molecule. The generalized master equation (GME), which is the equation of motion for the reduced density matrix (RDM), is used to calculate the current and the conductance through the system. Transport through a benzene molecule is investigated in two configurations, para- and meta configuration, which are defined by the lead molecule coupling. Interference between degenerate states leads to a suppression of the linear conductance when changing from the para to the meta configuration and to current blocking in the meta configuration for certain bias voltages. In presence of parallel polarized ferromagnetic leads, this effect can be used to obtain control over the molecules net spin by all-electrical means. In the last chapter, cotunneling processes are described by means of an effective Kondo Hamiltonian, and the results are compared to a theory which is exact to fourth order in the tunneling Hamiltonian.

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit untersuchen wir Transport von Elektronen durch molekulare Quantenpunkte, die schwach an metallische Kontakte gekoppelt sind. Um das elektronische Spektrum des Moleküls, welches den Quantenpunkt darstellt, zu beschreiben, wird der Pariser-Parr-Pople Hamiltonoperator für konjugierte Moleküle eingeführt, und für das Benzenemoleküle adaptiert. Die verallgemeinerte Mastergleichung ...

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit untersuchen wir Transport von Elektronen durch molekulare Quantenpunkte, die schwach an metallische Kontakte gekoppelt sind. Um das elektronische Spektrum des Moleküls, welches den Quantenpunkt darstellt, zu beschreiben, wird der Pariser-Parr-Pople Hamiltonoperator für konjugierte Moleküle eingeführt, und für das Benzenemoleküle adaptiert. Die verallgemeinerte Mastergleichung (die Bewegungsgleichung für die reduzierte Dichtematrix) wird benutzt um Strom und Leitfähigkeit durch das System zu berechnen. Transport durch ein Benzenemolekül wird in zwei Konfigurationen untersucht (Para- und Metakonfiguration), die durch die Kopplung des Moleküls an die Kontakte definiert sind. Interferenz zwischen entarteten Zuständen führt in der Metakonfiguration zu einer Unterdrückung der Leitfähigkeit im Vergleich zur Parakonfiguration und zu einer Blockade des Stromflusses in der Metakonfiguration für bestimmte Spannungen. In Gegenwart von ferromagnetischen, parallel polarisierten Kontakten kann man diesen Effekt ausnutzen, um Kontrolle über den Elektronspin des Moleküls mit rein elektrischen Mitteln zu gewinnen. Im letzten Kapitel werden Kotunnelprozesse untersucht mit Hilfe eines effektiven Kondo-Hamiltonoperators, und die Ergebnisse mit einer Theorie verglichen, die exakt bis zur vierter Ordung im Tunnel-Hamiltonoperator ist.

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