論文の概要: Quantum charge pumping in helical systems: A comparative study of short- and long-range hopping

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.12914v1
• Date: Thu, 11 Jun 2026 05:16:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-12 15:55:27.596986
• Title: Quantum charge pumping in helical systems: A comparative study of short- and long-range hopping
• Title（参考訳）: ヘリカル系における量子電荷ポンプ:短距離ホッピングと長距離ホッピングの比較研究
• Authors: Leila Eslami, Santanu K. Maiti, Fatemeh Bourbour,
• Abstract要約: 強結合モデルにより記述された一本鎖ヘリカル構造による電荷の汲み上げについて検討した。 我々は、ヘリシティと拡張ホッピング範囲の相互作用に注目し、エネルギー分解電流とdcポンプ電流を共同制御する方法を分析した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Using the Keldysh non-equilibrium Green's function approach, we investigate charge pumping through a single-stranded helical structure described by a tight-binding model that includes either short-range hopping (SRH) or long-range hopping (LRH). While quantum pumping has been studied in various low-dimensional systems, the detailed behavior of the spectral current and the pumped dc current in helical geometries in the presence of higher-order electron hopping (beyond nearest neighbors) has not yet been systematically explored. Here, we focus on the interplay between helicity and extended hopping ranges, analyzing how they jointly control the energy-resolved and dc pumped currents under time-periodic end potentials. For LRH, the pumped dc current exhibits pronounced plateau-like regions as a function of chemical potential when energy levels are sparsely spaced -- consistent with adiabatic transport -- whereas SRH yields more parameter-sensitive currents without clear plateaus. The plateau stability is controlled by the drive frequency: at higher frequencies, Floquet side-band mixing destroys the plateaus, leading to oscillatory currents. The phase dependence remains nearly sinusoidal, and the current vanishes at zero phase lag, confirming the necessity of out-of-phase potentials. Crucially, in helical systems, the decay exponent $(\ell_c)$ acts as an effective structural parameter that can tune both the magnitude and sign of the pumped current, offering a geometric knob for controlling quantum pumping. Our findings not only fill a gap in the understanding of spectral and pumped currents in helical systems with extended hopping but also provide tools that can be applied to analyze similar phenomena in other chiral or quasi-one-dimensional systems.
• Abstract（参考訳）: ケルディシュ非平衡グリーン関数法を用いて、短距離ホッピング(SRH)または長距離ホッピング(LRH)を含む密結合モデルにより記述された一本鎖ヘリカル構造による電荷ポンプについて検討する。 量子ポンピングは様々な低次元系で研究されているが、高次電子ホッピング(近接する近傍にある)の存在下でのヘリカルジオメトリーにおけるスペクトル電流と励起dc電流の詳細な挙動はまだ体系的に研究されていない。 ここでは、ヘリシティと拡張ホッピング範囲の相互作用に着目し、時間周期終端電位下でのエネルギー分解電流とdcポンプ電流の連成制御について分析する。 LRHの場合、励起されたdc電流は、エネルギー準位が(断熱輸送と整合して)わずかに間隔づけられたときに化学ポテンシャルの関数としてプラトーのような領域を示すが、SRHは明確なプラトーのないパラメータ感受性の電流を生成する。 プラトーの安定性は駆動周波数によって制御され、フロッケ側バンドの混合によりプラトーが破壊され、振動電流が生じる。 相依存性は正弦波に近いままであり、電流はゼロ位相ラグで消滅し、相外電位の必要性を確認する。 重要なことに、ヘリカル系では、崩壊指数$(\ell_c)$は、励起電流の大きさと符号を調整できる効果的な構造パラメータとして機能し、量子ポンピングを制御する幾何学的なノブを提供する。 本研究は, ヘリカル系におけるスペクトルおよび励起電流の理解のギャップを埋めるだけでなく, 他のキラル系や準1次元系の同様の現象を解析するためのツールも提供する。

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