Thermoelectric and electrical transport in mesoscopic two-dimensional electron gases

Vijay Narayan; Michael Pepper; David A. Ritchie

doi:10.1016/j.crhy.2016.08.012

Thermoelectric mesoscopic phenomena / Phénomènes thermoélectriques mésoscopiques

Thermoelectric and electrical transport in mesoscopic two-dimensional electron gases
[Transport thermoélectrique et électrique dans des gaz d'électrons bi-dimensionnels mésoscopiques]

Vijay Narayan ¹ ; Michael Pepper ² ; David A. Ritchie ¹

¹ Department of Physics, University of Cambridge, J J Thomson Avenue, Cambridge, CB3 0HE, UK
² Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London, Torrington Place, London, WC1E 7JE, UK

Comptes Rendus. Physique, Volume 17 (2016) no. 10, pp. 1123-1129.

Résumé
Abstract

Nous passons en revue certains de nos travaux expérimentaux récents sur des gaz d'électrons bi-dimensionnels mésoscopiques (GE2Dm). Les GE2Dm présentent un ensemble de propriétés caractéristiques frappantes, parmi lesquelles une absence complète de régime fortement localisé, même quand la résistance électrique $ρ ≫ h / e^{2}$ , des réponses thermoélectriques géantes et un découplage apparent des transports de charges et thermoélectrique. Nous analysons les résultats et montrons que ces observations peuvent s'expliquer en admettant que les porteurs de charges gardent leur cohérence quantique sur une taille de l'ordre de celle du GE2Dm. Curieusement, cela impliquerait une cohérence quantique qui attendrait des dimensions de l'ordre de 10 μm pour des températures de 10 K, ce qui excède de beaucoup ce qui est attendu pour des gaz bidimensionnels d'électrons dans l'arséniure de gallium. Nous examinons cette hypothèse avec un esprit critique et explorons d'autres explications possibles. De telles longueurs de cohérence quantique sont sans précédent et ouvrent de nombreuses possibilités concernant l'information et le calcul quantiques.

We review some of our recent experimental studies on low-carrier concentration, mesoscopic two-dimensional electron gases (m2DEGs). The m2DEGs show a range of striking characteristics, including a complete avoidance of the strongly localised regime even when the electrical resistivity $ρ > > h / e^{2}$ , giant thermoelectric response, and an apparent decoupling of charge and thermoelectric transport. We analyse the results and demonstrate that these observations can be explained based on the assumption that the charge carriers retain phase coherence over the m2DEG dimensions. Intriguingly, this would imply phase coherence on lengthscales of up to 10 μm and temperature T up to 10 K, which is significantly greater than conventionally expected in GaAs-based 2DEGs. We critically assess this assumption and explore other possible explanations to the data. Such unprecedentedly large phase coherence lengths open up several possibilities in quantum information and computation schemes.

Publié le : 2016-08-21

DOI : 10.1016/j.crhy.2016.08.012

Keywords: Mesoscopic systems, Seebeck coefficient, Phase coherence
Mot clés : Systèmes mésoscopiques, Coefficient de Seebeck, Cohérence de phase

Affiliations des auteurs :

Vijay Narayan ¹ ; Michael Pepper ² ; David A. Ritchie ¹

¹ Department of Physics, University of Cambridge, J J Thomson Avenue, Cambridge, CB3 0HE, UK
² Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London, Torrington Place, London, WC1E 7JE, UK

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Vijay Narayan; Michael Pepper; David A. Ritchie. Thermoelectric and electrical transport in mesoscopic two-dimensional electron gases. Comptes Rendus. Physique, Volume 17 (2016) no. 10, pp. 1123-1129. doi : 10.1016/j.crhy.2016.08.012. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2016.08.012/

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