Étude théorique de l'effet Kondo dans les boîtes quantiques

par Pavel Vitushinsky

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Mireille Lavagna et de Andrés Jerez.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

Résumé

Nous étudions les effets des corrélations Kondo sur le déphasage de transmission d'une boîte quantique. Ce travail est motivé par les expériences d'interférométrie quantique réalisées ces dernières années permettant d'accéder au déphasage subi par un électron au passage à travers une boîte quantique dans le régime soit Kondo soit blocage de Coulomb. Notre analyse est basée sur la théorie de la diffusion et les calculs de Bethe ansatz dans un modèle d'Anderson. Dans l'état non magnétique et à basses températures, on trouve que le déphasage est égal à l'occupation de la boîte en unités de π. Cette prédiction est en excellent accord avec les données expérimentales. Nous proposons ensuite une interprétation des "sauts de phase" observés quand la tension de grille varie, soit "incomplets" soit "complets" suivant que le système est dans le régime Kondo ou blocage de Coulomb. Finalement nous étudions la densité spectrale et le déphasage à tension de polarisation et température finies, dans une approximation de type NCA du modèle d'Anderson exprimé dans la représentation de bosons esclaves en utilisant le formalisme de Keldysh pour décrire la situation hors équilibre. Un accord qualitatif est trouvé avec les résultats expérimentaux.

Titre traduit

Theoretical study of the Kondo effect in quantum dots

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Résumé

We study the effects of Kondo correlations on the transmission phase shift of a quantum dot (QD). This work is motivated by the quantum interferometry experiments carried out these last years which permit to access the phase shift experienced by an electron passing through a quantum dot in both the Kondo and Coulomb blockade regimes. Our analysis is based on scattering theory and Bethe ansatz calculations in the framework ofthe Anderson mode!. Ln the non magnetic state and at low temperature, the phase shift is found to equal the occupancy of the QD in units of π. This prediction is in excellent agreement with experimental data. We then propose an interpretation of the phase lapses observed when the gate voltage varies, which are either "incomplete" or "complete" depending whether the system is in the Kondo or Coulomb blockade regime. At last we study the spectral density and the phase shift at finite bias voltages and temperatures, within the NCA approximation of the Anderson model expressed in the slave-boson representation, using the Keldysh formalism to tackle the non-equilibrium situation. A qualitative agreement is found with experimental results.