論文の概要: Tunable Wigner Molecules in a Germanium Quantum Dot

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.01786v1
• Date: Thu, 02 Oct 2025 08:25:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 16:59:21.054383
• Title: Tunable Wigner Molecules in a Germanium Quantum Dot
• Title（参考訳）: ゲルマニウム量子ドットにおける可変ウィグナー分子
• Authors: Chenggang Yang, Jun Lu, Hongzhang Wang, Jian Zeng, Wendong Bian, Zhengshan Guo, Jiankun Li, Yulei Zhang, Junwei Luo, Tian Pei,
• Abstract要約: ウィグナー分子は、高いチューニング性を持つゲート定義のゲルマニウム量子ドットで形成することができる。 ウィグナー分子からフェルミ液体様粒子への溶融過程が観察された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.968748330093324
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The interplay between Coulomb interactions and kinetic energy underlies many exotic phases in condensed matter physics. In a two-dimensional electronic system, If Coulomb interaction dominates over kinetic energy, electrons condense into a crystalline phase which is referred as Wigner crystal. This ordered state manifests as Wigner molecule for few electrons at the microscopic scale. Observation of Wigner molecules has been reported in quantum dot and moire superlattice systems. Here we demonstrate hole Wigner molecules can be formed in a gate-defined germanium quantum dot with high tunability. By varying voltages applied to the quantum dot device, we can precisely tune the hole density by either changing the hole occupancy or the quantum dot size. For densities smaller than a certain critical value, Coulomb interaction localizes individual holes into ordered lattice sites, forming a Wigner molecule. By increasing the densities, melting process from a Wigner molecule to Fermi liquid-like particles is observed. An intermediate configuration which indicates the coexistence of ordered structure and disordered structure can be formed within a narrow effective density range. Our results provide a new platform for further exploration of the microscopic feature of strong correlated physics and open an avenue to exploit the application of Wigner molecules for quantum information in a very promising spin qubit platform.
• Abstract（参考訳）: クーロン相互作用と運動エネルギーの相互作用は、凝縮物質物理学において多くのエキゾチック相を基盤としている。 二次元電子系では、クーロン相互作用が運動エネルギー以上を占める場合、電子はウィグナー結晶と呼ばれる結晶相に凝縮する。 この秩序状態は、微視的なスケールで少数の電子に対してウィグナー分子として表される。 ウィグナー分子の観測は量子ドットとモアレ超格子系で報告されている。 ここでは、ゲート定義のゲルマニウム量子ドットに、高いチューニング性を持つ孔Wigner分子を形成できることを実証する。 量子ドットデバイスに印加される電圧の変化により、ホール占有率や量子ドットサイズを変化させることで、ホール密度を正確に調整することができる。 特定の臨界値より小さい密度の場合、クーロン相互作用は個々の穴を秩序ある格子部位に局在させ、ウィグナー分子を形成する。 密度を増大させることで、ウィグナー分子からフェルミ液体様粒子への融解過程が観察される。 秩序構造と乱れた構造の共存を示す中間構成は、狭い有効密度範囲内で形成することができる。 我々の研究結果は、強い相関物理学の微視的特徴をさらに探求するための新しいプラットフォームを提供し、非常に有望なスピン量子ビットプラットフォームにおける量子情報へのウィグナー分子の応用を利用するための道を開いた。

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