Quantum electronic transport in superconducting quantum dots

• Název práce v češtině: Kvantový elektronický transport v supravodivých kvantových tečkách
• Název v anglickém jazyce: Quantum electronic transport in superconducting quantum dots
• Klíčová slova: Kvantová tečka|Supravodivost|Josephsonův jev|Nanostruktury
• Klíčová slova anglicky: Quantum dot|Superconductivity|Josephson effect|Nanostructures
• Akademický rok vypsání: 2016/2017
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Tomáš Novotný, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 03.10.2016
• Datum zadání: 03.10.2016
• Datum potvrzení stud. oddělením: 04.10.2016
• Datum a čas obhajoby: 22.09.2021 14:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 30.07.2021
• Datum odevzdání tištěné podoby: 30.07.2021
• Datum proběhlé obhajoby: 22.09.2021
• Oponenti: Mgr. Šimon Kos
• Konzultanti: RNDr. Martin Žonda, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Jde o čistě teoretický projekt, byť se silným zaměřením na interpretaci experimentálních výsledků, a tudíž je nezbytně nutná dobrá znalost kvantové a statistické mechaniky a obecně zručnost v analytické výpočetní práci. Předpokládá se též základní orientace v numerických výpočetních metodách a snaha a motivace se v nich dále rozvíjet. Dále bude upřesněno ve studijním plánu doktoranda.

Seznam odborné literatury

Bude upřesněno ve studijním plánu doktoranda.

Předběžná náplň práce

Elektronový transport v nanoskopických systémech je důležitou součástí současného výzkumu v oboru nanověd a nanotechnologií. Proud elektronů přes systém atomárních rozměrů může být samotným cílem výzkumu jako např. v molekulární elektronice, která se snaží vyvíjet nanoskopické elektronické funkční součástky typu molekulárního usměrňovače či transistoru, nebo může sloužit jako diagnostický nástroj pro zkoumání vnitřní kvantové dynamiky zkoumaného objektu, jak se tomu děje v případě STM. V každém případě je třeba pojednávat poměrně složitý problém z oblasti kvantové nerovnovážné statistické fyziky, která na rozdíl od standardní rovnovážné statistické fyziky ani nemá obecný koncepční předpis pro řešení problému. Každý problém se tak musí v jistém smyslu řešit individuálně. Situace je příslušně komplikována existencí nezanedbatelných interakcí ať již mezi samotnými elektrony či mezi elektrony a ostatními aktivními stupni volnosti, např. molekulárními vibracemi. Řešení takových problémů může být v závislosti na relevantních parametrech značně náročné a vyžaduje kreativní přístup kombinující různé teoretické a numerické metody.

Tématem navržené teoretické práce je právě studium takových nanosystémů, kde interakce hrají důležitou roli. Za účelem jejich správného pojednání je potřeba si osvojit a aplikovat celou škálu teoretických (nerovnovážná poruchová teorie na bázi zobecněných řídících rovnic a nerovnovážných Greenových funkcí) a numerických (numerická renormalizační grupa - NRG, kvantové Monte Carlo - QMC) metod, jejichž vhodnou kombinací lze obvykle dosáhnout uspokojivých výsledků i při srovnání s experimentálními daty.

Hlavním předmětem zájmu bude:
1. studium Josephsonova transportu v nanosystémech (typicky jde o kvantové tečky v uhlíkových nanotrubičkách nebo polovodičových nanodrátcích) připojených na supravodivé přívody. Zde je dominantním interakčním mechanismem lokální coulombická interakce v nanosystému, která zásadním způsobem určuje charakter supravodivého chování.
2. studium normálního proudu a příp. i jeho fluktuací v nanosystémech se silnou elektronovou vazbou na lokální vibrace či jiné lokální stupně volnosti (např. spinové). Interakce s vibracemi se projevují v neelastických transportních spektrech (IETS) a mohou vést až ke strukturální nestabilitě nanosystému. Interakce se spinovými stupni volnosti zodpovídají za běžně experimentálně pozorovaný transportní Kondův jev, který je nicméně v silné nerovnováze z teoretického hlediska nesmírně obtížně popsatelný.

Důraz bude při vypracování práce kladen na spolupráci s experimentem, primárně lokálně se skupinou Dr. Pavla Jelínka z FZÚ AV ČR v Cukrovarnické a podle aktuální situace i se zahraničními pracovišti (Oren Tal, Weizmann Inst.; Douglas Natelson, Rice Univ.).

Zadávané téma je zcela v souladu s odbornými zkušenostmi školitele i konzultanta a odráží jeden z hlavních výzkumných směrů ve skupině teorie kondenzovaného stavu na KFKL. Navíc je úzce příbuzné s tématem aktuálně řešeného tříletého projektu GA ČR, který začal v lednu 2016.