“Искусственные молекулы” из двух квантовых точек, называемые также “двойными квантовыми точками” (double quantum dots, DQD), представляют собой идеальные модельные системы для исследования зарядовых и спиновых состояний нескольких взаимодействующих электронов, локализованных в окрестностях двух пространственно разнесенных минимумов потенциальной энергии и способных туннелировать между этими минимумами через разделяющий их потенциальный барьер.

Обычно для экспериментов используются полупроводниковые DQD [1], а в работе [2], выполненной в Великобритании (Hitachi Cambridge Laboratory) и Дании (University of Copenhagen), исследована электронная структура DQD, сформированная в углеродной нанотрубке путем подачи соответствующих электрических потенциалов на управляющие электроды (см. рис.).

Схематическое изображение двух квантовых точек (QD1 и QD2) в углеродной нанотрубке (CNT). G1, CG (central gate) и G2 – электроды, формирующие квантовые точки. Эти электроды контролируют число электронов в квантовых точках и высоту разделяющего их туннельного барьера

Показано, что низколежащие энергетические уровни образуют “оболочки”, для заполнения которых требуется (в зависимости от параметров DQD) четыре или восемь электронов. В DQD с четырехэлектронными оболочками обнаружены синглетные и триплетные состояния, посредством которых осуществляется неупругое сотуннелирование электронов при транспорте через DQD. Изучено влияние магнитного поля до 7 Тл на энергии этих состояний.

Экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Ожидается, что время сохранения спиновой когерентности в DQD из нанотрубок будет гораздо больше, чем в полупроводниковых DQD. Такие DQD можно будет использовать не только для фундаментальных исследований, но и в различных приложениях, например, в квантовых вычислительных устройствах на основе спиновых кубитов.

• 1. J.A.Petta et al., Science 309, 2180 (2005)
• 2. H.I.Jorgensen et al., Nature Phys. 4, 536 (2008)*