論文の概要: Non-Uniform Magnetic Fields for Single-Electron Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.06354v1
• Date: Fri, 10 Nov 2023 19:05:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-14 18:57:31.665184
• Title: Non-Uniform Magnetic Fields for Single-Electron Control
• Title（参考訳）: 単一電子制御のための非一様磁場
• Authors: Mauro Ballicchia, Clemens Etl, Mihail Nedjalkov, Josef Weinbub
• Abstract要約: 一般電磁場に対するウィグナー方程式のゲージ不変な定式化が提案されている。 我々はこの方程式を一般化し、一般の非一様電場と線形の非一様電場を含む。 これにより、ヘビ軌道に基づく電子導波路内の新しいタイプの輸送が探索された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Controlling single-electron states becomes increasingly important due to the wide-ranging advances in electron quantum optics. Single-electron control enables coherent manipulation of individual electrons and the ability to exploit the wave nature of electrons, which offers various opportunities for quantum information processing, sensing, and metrology. A unique opportunity offering new degrees of freedom for single-electron control is provided when considering non-uniform magnetic fields. Considering the modeling perspective, conventional electron quantum transport theories are commonly based on gauge-dependent electromagnetic potentials. A direct formulation in terms of intuitive electromagnetic fields is thus not possible. In an effort to rectify this, a gauge-invariant formulation of the Wigner equation for general electromagnetic fields has been proposed in [Nedjalkov et al., Phys. Rev. B., 2019, 99, 014423]. However, the complexity of this equation requires to derive a more convenient formulation for linear electromagnetic fields [Nedjalkov et al., Phys. Rev. A., 2022, 106, 052213]. This formulation directly includes the classical formulation of the Lorentz force and higher-order terms depending on the magnetic field gradient, that are negligible for small variations of the magnetic field. In this work, we generalize this equation in order to include a general, non-uniform electric field and a linear, non-uniform magnetic field. The thus obtained formulation has been applied to investigate the capabilities of a linear, non-uniform magnetic field to control single-electron states in terms of trajectory, interference patterns, and dispersion. This has led to explore a new type of transport inside electronic waveguides based on snake trajectories and also to explore the possibility to split wavepackets to realize edge states.
• Abstract（参考訳）: 電子量子光学の進歩により、単一電子状態の制御がますます重要になる。 単一電子制御は、個々の電子のコヒーレントな操作と電子の波の性質を利用する能力を可能にし、量子情報処理、センシング、メトロロジーの様々な機会を提供する。 単一電子制御のための新しい自由度を提供するユニークな機会は、非一様磁場を考えるときに与えられる。 モデリングの観点から、従来の電子量子輸送理論はゲージ依存の電磁ポテンシャルに基づいている。 したがって、直感的な電磁場による直接定式化は不可能である。 これを修正するため、一般電磁場に対するウィグナー方程式のゲージ不変な定式化が (Nedjalkov et al., Phys. Rev. B., 2019, 99, 014423] で提案されている。 しかし、この方程式の複雑さは、線形電磁場のより便利な定式化(Nedjalkov et al., Phys. A., 2022, 106, 052213]を導出する必要がある。 この定式化は、ローレンツ力の古典的な定式化と、磁場の小さな変動に対して無視される磁場勾配に依存する高次項を含む。 本研究では、一般の非一様電界と線形の非一様磁場を含むために、この方程式を一般化する。 このように得られた定式化は、軌道、干渉パターン、分散の観点から単電子状態を制御する線形非一様磁場の能力を調べるために応用されている。 これにより、蛇の軌跡に基づく電子導波路内の新しいタイプの輸送方法の探求と、エッジ状態を実現するために波束を分割する可能性の探求につながった。

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