Jan Barański

We study the quasiparticle spectrum of a hybrid system, comprising a correlated (Anderson-type) quantum dot coupled to a topological superconducting nanowire hosting the Majorana boundary modes. From the exact solution of the low-energy effective Hamiltonian, we uncover a subtle interplay between Coulomb repulsion and the Majorana mode. Our analytical expressions show that the spectral weight of the leaking Majorana mode is sensitive to both the quantum dot energy level and the repulsive potential. We compare our results with estimations by Ricco et al (2019 Phys. Rev.B 99 155159) obtained for the same hybrid structure using the Hubbard-type decoupling scheme, and analytically quantify the spectral weight of the zero-energy (topological) mode coexisting with the finite-energy (trivial) states of the quantum dot. We also show that empirical verification of these spectral weights could be feasible through spin-polarized Andreev spectroscopy.

We explore the electron dynamics of a system composed of double quantum dot embedded between metallic and superconducting leads in a T-shape geometry. In nanoscopic systems, where electron transfer between electrodes can be realized via different paths, interference effects play an important role. For double quantum dot system in the chosen geometry, interference of electrons transferred between electrodes via the interfacial quantum dot and electrons scattered on the side dot gives rise to Fano-like interference. If such a system is additionally coupled to a superconducting electrode, together with the well-understood Fano resonance an additional resonance appears on the opposite side of the Fermi level. In the recent work [Sci. Rep. 10, 2881 (2020)], we showed that this resonance occurs solely as a result of the local pairing of non-scattered electrons with scattered ones. In this work, considering the quench dynamics, we explore how much time is required for formation of each of these resonances. In particular, (i) we analyze the charge oscillations between subsystems; (ii) we estimate the time required for each resonance to achieve stable equilibrium upon an abrupt change of interdot connection; (iii) we discuss a typical energy and time scales for experiments on similar architectures.

We analyze a setup composed of a correlated quantum dot (QD) coupled to one metallic lead and one end of topological chain hosting a Majorana zero mode (MZM). In such a hybrid structure, a leakage of the MZM into the region of the QD competes with the Kondo resonance appearing as a consequence of the spin-exchange interactions between the dot and the lead. In the work, we use the nontrivial technique called the continuous unitary transformation (CUT) to analyze this competition. Using the CUT technique, we inspect the influence of the coupling between the QD and the chain on effective exchange interactions and calculate the resultant Kondo temperature.

Już od lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku zauważono, że struktury ograniczone przestrzennie do rozmiarów rzędu nanometrów wykazują fascynujące zjawiska, które otwierają nowe możliwości badań oraz zastosowań w wielu dziedzinach nauki. Tak rygorystyczne ograniczenie przestrzenne powoduje, że dominującą rolę w transporcie ładunków odgrywają zjawiska kwantowe takie jak wzbudzenia czy tunelowanie. Otworzyło to nowe kierunki badań nad mikroelektroniką opartą o wykorzystanie zjawisk kwantowych. Te nowe kierunki obejmują zdolność do tworzenia, charakteryzowania i manipulowania sztucznymi strukturami, których cechy są kontrolowane na poziomie atomowym. Dotyczą one różnorodnych dziedzin badawczych, takich jak mechanika, inżynieria, fizyka, chemia, nauki o materiałach i biologia molekularna czy medycyna. Podstawowy budulec nowoczesnych urządzeń elektronicznych wykorzystujących zjawiska kwantowe stanowią struktury ograniczone przestrzennie we wszystkich trzech wymiarach. Takie kwazizerowymiarowe obiekty nazywane są kropkami kwantowymi. Kropki kwantowe wykorzystywane są zarówno w badaniach podstawowych, jak również przy zastosowaniach praktycznych. Ograniczenie przestrzenne powoduje, że QD mogą być traktowane jako sztuczne atomy o kontrolowalnych poziomach energetycznych. Okazało się to nieocenione przy badaniach zjawisk wielociałowych występujących również w materiałach litych. Silne korelacje elektronowe, interferencje, kwantowe dekoherencje czy efekty spinowe to tylko kilka przykładów. Równolegle do tych prac kropki kwantowe były również badane pod kątem praktycznym. Zdolność do absorbowania promieniowania o ściśle określonych długościach fal spowodowała, że kropki kwantowe wykorzystano do konstrukcji fotodetektorów łączących w sobie cechy takie jak wysoka czułość, szybki czas reakcji czy możliwość dostrajania. Te same własności spowodowały, że technologie oparte o kropki kwantowe znalazły zastosowanie nawet w domowych warunkach. Diody emitujące światło o bardzo dobrze określonej długości fal wykorzystano do tworzenia ekranów QLED o nieosiągalnej dotychczas rozdzielczości. W medycynie kropki kwantowe wykorzystuje się jako markery nowotworowe, które selektywnie wiążą się z komórkami nowotworowymi. Kropki kwantowe stanowią również podstawową jednostkę w jednoelektronowych tranzystorach. Niniejszy artykuł zawiera kompleksowy przegląd podstawowej fizyki rządzącej kropkami kwantowymi, ich unikalnych właściwości i różnorodnego zakresu zastosowań wynikających z ich dyskretnych poziomów energetycznych.

We explore the electron dynamics of a system composed of double quantum dot embedded between metallic and superconducting leads in a “T-shape” geometry. In nanoscopic systems, where electron transfer between electrodes can be realized via different paths, interference effects play an important role. For double quantum dot system in the chosen geometry, interference of electrons transferred between electrodes via the interfacial quantum dot and electrons scattered on the side dot gives rise to Fano-like interference. If such a system is additionally coupled to a superconducting electrode, together with the well-understood Fano resonance an additional resonance appears on the opposite side of the Fermi level. In the recent work (Barański et al. in Sci Rep 10:2881, 2020), we showed that this resonance occurs solely as a result of the local pairing of non-scattered electrons with scattered ones. In this work, considering the quench dynamics, we explore how much time is required for formation of each of these resonances. In particular, (i) we analyze the charge oscillations between subsystems; (ii) we estimate the time required for each resonance to achieve stable equilibrium upon an abrupt change of interdot connection; (iii) we discuss a typical energy and time scales for experiments on similar architectures.

We study a hybrid structure, comprising a single-level quantum dot attached to a topological superconducting nanowire, analyzing dynamical transfer of the Majorana quasiparticle onto the normal region. Motivated by the recent experimental realization of such a heterostructure and its investigation under stationary conditions [Schneider et al., Nat. Commun. 11, 4707 (2020)] where the quantum dot energy level can be tuned by gate potential, we examine how much time is needed for the Majorana mode to leak into the normal region. We estimate that for typical hybrid structures this dynamical process would take about 20 ns. We propose a feasible empirical protocol for its detection by means of the time-resolved Andreev tunneling spectroscopy.