論文の概要: Robust strong-field theory model for ultrafast electron transport through metal-insulator-metal tunneling nanojunctions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14531v1
• Date: Sun, 16 Mar 2025 22:01:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-20 15:22:15.718343
• Title: Robust strong-field theory model for ultrafast electron transport through metal-insulator-metal tunneling nanojunctions
• Title（参考訳）: 金属絶縁体-金属トンネルナノ接合による超高速電子輸送のロバスト強磁場モデル
• Authors: Boyang Ma, Michael Krüger,
• Abstract要約: ジャンクションの限られたサイズの影響を考慮に入れた新しいパラメータ $zeta$ を導入する。 我々は、$zeta 1$ photon-assisted tunnelingが超高速電子輸送を支配していることを発見した。 我々の理論モデルは超高速MIMナノ接合の物理を理解し予測するための豊富なツールボックスを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Ultrafast science studies the dynamics of electrons in matter with extreme temporal precision, typically in the attosecond and femtosecond time domain. Recent experimental and theoretical progress has put metal-insulator-metal (MIM) tunneling nanojunctions in the spotlight of ultrafast science. Waveform-controlled laser fields can induce ultrafast currents in these junctions, opening the door to petahertz electronic operation and attosecond-scale scanning tunneling microscopy (STM). Inspired by our strong-field model for attosecond tunneling microscopy [Boyang Ma and Michael Kr\"uger, Phys. Rev. Lett. 133, 236901 (2024)], here we generalize our model to MIM nanojunctions. We introduce several refinements and corrections, accounting for the image potential inside the gap and boundary effects. Moreover, we also find that the Keldysh parameter alone is insufficient for describing the physics in thin MIM nanojunctions. We introduce a new parameter $\zeta$ that accounts for the effects of the limited size of the junction and provide several interpretations of the parameter that shed new light on the complex physics in the light-driven junction. Most strikingly, we find that for $\zeta > 1$ photon-assisted tunneling is dominating the ultrafast electron transport across the junction, regardless of the value of the Keldysh parameter. Here one or more photons are absorbed and the electron undergoes static tunneling through the barrier. $\zeta < 1$ is required for a regime in which the laser field and the Keldysh parameter dominate the transport. We also discuss the three-step model of electron transport across the nanojunction in the adiabatic regime, the energy cutoff of the transported electrons and the carrier-envelope phase control of the net current. Our theory model provides a rich toolbox for understanding and predicting the physics of ultrafast MIM nanojunctions.
• Abstract（参考訳）: 超高速科学は、極端時間精度を持つ物質中の電子のダイナミクス、典型的にはアト秒とフェムト秒の時間領域の研究である。 近年、金属絶縁体-金属(MIM)トンネルナノ接合が超高速科学のスポットライトとなっている。 波形制御レーザー場は、これらの接合部において超高速の電流を誘導し、ペタヘルツ電子動作への扉を開放し、アト秒スケールの走査トンネル顕微鏡(STM)を作製する。 高速トンネル顕微鏡のための強磁場モデル(Boyang MaとMichael Kr\"uger, Phys)に触発された。 レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・ 133, 236901 (2024)] ここでは、モデルをMIMナノ接合に一般化する。 我々は、ギャップと境界効果のイメージ電位を考慮した、いくつかの改善と補正を導入する。 さらに、ケルディシュパラメータだけでは、薄いMIMナノ接合における物理を記述するには不十分であることも判明した。 我々は、接合の限られた大きさの影響を考慮に入れた新しいパラメータ$\zeta$を導入し、光駆動接合における複素物理学に新しい光を放つパラメータの解釈をいくつか提供する。 最も印象的なことに、$\zeta > 1$ Photon-assisted tunneling は、ケルディシュパラメータの値に関わらず、接合部を超高速で移動する電子輸送を支配している。 ここでは1つ以上の光子が吸収され、電子はバリアを通して静的なトンネルを通す。 $\zeta < 1$ は、レーザー場とケルディシュパラメータが輸送を支配する状態に必要である。 また、断熱系におけるナノ接合を横断する電子輸送の3段階モデル、輸送された電子のエネルギー遮断、ネット電流のキャリア-エンベロープ位相制御についても論じる。 我々の理論モデルは超高速MIMナノ接合の物理を理解し予測するための豊富なツールボックスを提供する。

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