Nanomechanical Instability and Electron Interference Blockade in Carbon Nanotube Quantum Dots

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	12 November 2019
Referee:	Prof. Dr. Christoph Strunk
Date of exam:	9 November 2018
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Christoph Strunk
Keywords:	CNT; carbon nanotubes; Coherent population trapping; dark states; electron interference blockade; electromechanical instabilities; quantum dots; strong feedback;
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:	38132

Abstract (English)

In this thesis ultra clean carbon nanotube quantum dots were investigated. The first part deals with the effect of coherent population trapping in a CNT quantum dot. A four fold symmetry, observed in the transport data, allows to count the number of electrons per the shell. Suppressed tunneling lines at negative bias voltages for the transition of charge state 0 → 1 and at positive bias voltages ...

Abstract (English)

In this thesis ultra clean carbon nanotube quantum dots were investigated. The first part deals with the effect of coherent population trapping in a CNT quantum dot. A four fold symmetry, observed in the transport data, allows to count the number of electrons per the shell. Suppressed tunneling lines at negative bias voltages for the transition of charge state 0 → 1 and at positive bias voltages for the 3 → 4 transition were observed in combination with a smooth negative diﬀerential conductance. These features were attributed to the formation of a dark state in the CNT quantum dot. This is possible when the orbital states are degenerate and the tunneling between the leads and the tube happens locally, allowing an acquisition of an angular momentum dependent tunneling phase.
The second part shows the effects of a strong nanomechanical feedback on electrons tunneling in a quantum dot. This is possible because the CNT is suspended between the two leads and therefore different virbational modes can be excited. Therefore the measured stability diagram shows that the conducting region of almost all charge transitions is extended into the Coulomb diamonds, where the current is usually blocked. Also sudden jumps in the current were observed. These features were amplified when a magnetic field was applied.

Translation of the abstract (German)

In dieser Dissertation wurden Kohlenstoffnanoröhren-Quantenpunkte untersucht. Der erste Teil beschäftigt sich mit dem Effekt des Coherent Population Trappings in einem CNT-Quantenpunkt. Auf Grund der auftretenden vierfachen Symmetrie lässt sich die Anzahl der Elektronen bestimmen, die den Quantenpunkt besetzen. In den Transportmessungen wurden unterdrückte Tunnellinien bei negativen ...

Translation of the abstract (German)

In dieser Dissertation wurden Kohlenstoffnanoröhren-Quantenpunkte untersucht. Der erste Teil beschäftigt sich mit dem Effekt des Coherent Population Trappings in einem CNT-Quantenpunkt. Auf Grund der auftretenden vierfachen Symmetrie lässt sich die Anzahl der Elektronen bestimmen, die den Quantenpunkt besetzen. In den Transportmessungen wurden unterdrückte Tunnellinien bei negativen Bias-Spannungen des 0 → 1 Übergangs und bei positiven Bias-Spannungen des 3 → 4 Übergangs, zusammen mit negativen differenziellen Leitwerten beobachtet. Diese Eigenschaften wurden der Bildung sog. Dark States zugeschrieben. Der zweite Teil zeigt die Auswirkungen von starker elektromechanischer Rückkopplung auf das Tunneln der Elektronen im Quantenpunkt. Da die Kohlenstoffnanoröhre frei hängend auf den Kontakten liegt, ist es möglich verschiedene Vibrationsmoden anzuregen. Dies führt zu einer Ausweitung der leitenden Bereiche in die Coulomb Diamanten, in denen sonst kein Strom fließen würde. Außerdem wurden abrupte Sprünge im Strom beobachtet. Diese Merkmale lassen sich durch Anlegen eines Magnetfelds verstärken.

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