Transport spectroscopy of quantum dots coupled to a fermionic cavity

Using a GaAs/AlGaAs heterotructure device with a top-gates design that facilitates the formation of electronic standing waves, the coupling between QDs and cavity modes has been investigated. The results show the possibility to obtain a dot-cavity hybridized state, with the formation of anti-crossing between the resonances and the modulation of the current flowing through the QD. The Kondo effect also plays a role in this coupling: the competition between Kondo transport and cavity transport hints to spin-coherence properties of the system. Then, exploiting the design of the device, the coupling of two neighboring QDs has been studied, using the cavity as a mean to increase the tunnel coupling between the dots. By analyzing the parallel and series connection of the two dots, the formation of a dot-cavity-dot hybrid is shown, result that confirms the existence of a charge-coherent state extended over the whole system. Again, the formation of anti-crossings between the resonances has been used as a signature of the strongly coupled regime, together with the analysis of the charge-transfer efficiency in the case of the series connection. The role of cavity modes in the strongly coupled regime has been thoroughly investigated. This type of analysis has also been scaled up using a next-neighboring QDs configuration, showing that it is possible to scale up the coupling between the dots even with an increased spatial separation. Moreover, the Kondo effect has been considered during the experiments on the neighboring QDs system and signatures of Kondo-related phenomena are used to investigate the existence of a spin-coherent state also in this case.

Usando un dispositivo costituito da un'eterostruttura di GaAs/AlGaAs, con dei top-gates progettati in modo da favorire la formazione di onde stazionarie di elettroni, è stato studiato l'accoppiamento tra dei quantum dot (QD) e i modi della cavità. I risultati mostrano la possibilità di ottenere uno stato ibrido dot-cavità, con la formazione di \lq{}anti-crossing\rq{}, tra le risonanze del QD e della cavità, e una modulazione della corrente che scorre attraverso il quantum dot. Anche l'effetto Kondo ha un ruolo nell'accoppiamento tra questi due sistemi confinati: la competizione tra fenomeni di trasporto dovuti all'effetto Kondo con quelli dovuti alla cavità, suggerisce delle proprietà di coerenza dello spin nel sistema studiato. Dunque, sfruttando il design del dispositivo, l'accoppiamento tra due QD primi vicini è stato studiato, sfruttando la cavità come mezzo per incrementare l'accoppiamento di tipo tunnel tra i due QD. Analizzando la connessione in serie e in parallelo dei due quantum dots, la formazione di un ibrido dot-cavità-dot è stata dimostrata, risultato che conferma l'esistenza di uno stato coerente esteso su tutto il sistema. Di nuovo, la formazione dei caratteristici \lq{}anti-crossing\rq{} tra le risonanze è stata usata come prova sperimentale del raggiungimento del regime di accoppiamento forte, insieme anche all'analisi dell'efficienza di trasferimento di carica nel caso della connessione in serie. Il ruolo dei modi di cavità nel regime di accoppiamento forte è stato approfonditamente analizzato. Questo tipo di analisi è stata anche scalata ad una configurazione di quantum dot secondi vicini (non primi vicini), mostrando che è possibile ottenere l'accoppiamento forte dei QD anche con una maggiore distanza spaziale. In più, l'effetto Kondo è stato preso in considerazione durante gli esperimenti sui QD primi vicini e tracce di fenomeni di trasporto relativi all'effetto Kondo sono state usate per investigare l'esistenza di uno stato spin-coerente anche in questo caso esteso a tutto il sistema.