dc.contributor.author
Khosravi, Elham
dc.date.accessioned
2018-06-07T22:23:27Z
dc.date.available
2013-04-30T08:37:07.826Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/9206
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13405
dc.description.abstract
The standard approach to quantum transport combines the Landauer-Buettiker
formalism with ground-state density functional theory (DFT). The basic
assumption of this approach is that a steady state is eventually achieved
after turning on a time-independent bias. Here we show that this assumption is
not valid in general. We identify a variety of situations where - within the
approximations made - no steady state exists. In these cases a time-dependent
description of transport is essential. To deal with these cases we have
applied time-dependent density functional theory (TDDFT) as well as many-body
perturbation theory (MBPT). For strictly non-interacting electrons, the
presence of bound states in a biased system is shown analytically and
numerically to lead to persistent, localized current oscillations which can be
much larger than the steady part of the current. The bound-state contribution
to the time-averaged density turns out to be history-dependent as well and
leads to a natural definition of the bound-state occupations out of
equilibrium. For the interacting case, the discontinuity of the exchange-
correlation potential of DFT in the context of electron transport for an
interacting nanojunction attached to biased leads, gives rise to a dynamical
state characterized by correlation-induced current oscillations in the
Coulomb-blockade regime. In addition, for multistable systems, the time-
dependent approach describes if and how a solution of the steady-state
equation can be reached in time and how to switch reversibly between the
stable solutions by applying a proper time-dependent gate. From our numerical
results in this regime, it turned out that even when the evolution to a steady
state is expected, the time-dependent current(density) can exhibit persistent
oscillations in the long-time limit within adiabatic and spatially local
approximations of the time- dependent exchange-correlation potential.
Furthermore, we address the fundamental is- sue whether the bistability
phenomenon survives when dynamical exchange-correlation effects are taken into
account. We compare, for a model system, TDDFT and MBPT results with results
obtained by the time-dependent density matrix renormalization group (tDMRG)
method to gain insight into the performance of the various approximations
employed throughout the thesis.
de
dc.description.abstract
Der Standardansatz für Quantentransport vereint den Landauer-Büttiker
Formalismus mit der Grundzustands-Dichtefunktionaltheorie (DFT). Die
Grundannahme hierbei ist, dass bei konstanter Spannung letztendlich ein
zeitunabhängiger Zustand (steady state) erreicht wird. Wir werden hier
aufzeigen, dass diese Annahme im Allgemeinen nicht gültig ist, und einige
Beispiele geben, bei denen innerhalb verschiedener Näherungen kein
zeitunabhängiger Zustand erreicht wird. In diesen Fällen ist eine explizit
zeitabhängige Beschreibung des Elektronentransports notwendig. Hierzu vewenden
wir die zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie (TDDFT) sowie die Vielteilchen-
Störungstheorie (MBPT). Für den nicht-wechselwirkenden Fall zeigen wir
analytisch und numerisch, dass das Vorhandensein von gebundenen Zuständen
anhaltende und lokalisierte Stromoszillationen hervorruft. Diese können
deutlich grösser als der stationäre Anteil des Stromes sein. Es zeigt sich,
dass der Beitrag der gebundenen Zustände zur zeitlich gemittelten Dichte vom
zeitlichen Ablauf abhängt und eine elementare Definition der dynamischen
Besetzungszahlen von gebundenen Zuständen ermöglicht. Im Falle von
Elektronentransport durch wechselwirkende Nanokontakte mit angelegter Spannung
führt die Unstetigkeit des Austauschkorrelationspotentials der DFT zu einem
dynamischen Zustand, welcher durch korrelationsinduzierte Oszillationen im
Regime der Coulomb-Blockade charakterisiert wird. Zusätzlich kann die
zeitabhängige Methode bei multistabilen Systemen beschreiben, ob und wie man
reversibel zwischen verschiedenen stabilen Lösungen der stationären
Zustandsgleichung wechseln kann, indem man eine passende zeitabhängige Gate-
Spannung anlegt. Die numerischen Berechnungen in diesem Regime zeigen, dass
eine zeit- und ortslokale Näherung für das Austausch-Korrelations-Potential
der TDDFT zu ungedämpften Oszillationen im Strom führt, selbst wenn eigentlich
ein stationärer Zustand erwartet wird. Ausserdem befassen wir uns mit dem
grundsätzlichen Problem, ob das Bistabilitätsphänomen fortbesteht, wenn man
dynamische Austausch-Korrelations-Eff ekte in Betracht zieht. Wir vergleichen
unsere Ergebnisse der TDDFT und MBPT eines Modellsystems mit denen aus der
Methode der zeitabhängigen Dichtematrix Renormalisierungsgruppe. Wir bekommen
dadurch Einblicke in die Leistungsfähigkeit der verschiedenen in dieser Arbeit
verwendeten Näherungen
en
dc.format.extent
XII, 145 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Time-Dependent Transport
dc.subject
Quantum Transport
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik
dc.title
Time-dependent phenomena in quantum transport
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. E. K. U. Gross
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. F. von Oppen
dc.date.accepted
2012-04-16
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000093994-5
dc.title.translated
Zeitabhängige Phänomene in Quanten-Transport
en
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000093994
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013289
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access