Circular and linear magnetic quantum ratchet effects in dual-grating-gate CdTe-based nanostructures
本文报道了在太赫兹波段由交变电场引起的极化敏感磁量子棘轮效应的观测和系统研究。在具有叉指双栅横向超晶格的（Cd，Mn）Te基量子阱结构中检测到了这种效应。连续太赫兹激光辐射激发的直流电流在零磁场下表现出比光电流大得多的1/B周期振荡。施加到DGG的各个光栅栅极的栅极电压的变化使我们能够以可控的方式改变横向不对称的程度和符号。数据表明，光电流反映了由不同的栅极电位引起的横向不对称的程度。我们表明，磁棘轮光电流包括塞贝克热棘轮效应以及“线性”和“圆形”棘轮，这是敏感的驱动电磁力的相应的极化的影响。在半经典方法的框架下进行的理论分析，并考虑到朗道量子化描述的实验结果很好。
2017-10-16 cond-mat.mes-hall
Terahertz spin ratchet effect in magnetic metamaterials
研究在Co/Pt磁性反点超材料中揭示太赫兹自旋棘轮与三角光电流的微观起源，并解释二者磁滞宽度差异。
2023-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent spin ratchets: A spin-orbit based quantum ratchet mechanism for spin-polarized currents in ballistic conductors
我们证明了空间周期性势、横向约束和自旋轨道相互作用的综合作用导致了二维相干导体中自旋极化电流的量子棘轮机制。在绝热交流驱动时，在没有静态偏置的情况下，系统产生定向自旋电流，而总电荷电流为零。我们分析了潜在的机制，采用散射矩阵的对称性，并数值验证了不同设置的弹道导体的效果。自旋电流的方向可以通过调节费米能级或Rashba自旋轨道耦合的强度来改变。
2007-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Nonlinear intensity dependence of ratchet currents induced by terahertz laser radiation in bilayer graphene with asymmetric periodic grating gates
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；CENTERA Laboratories, Institute of High Pressure Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所 CENTERA 实验室）；Ioffe Institute（约费研究所）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）
研究双层石墨烯中非线性强度依赖的射频电流，通过双格栅门结构实现，探讨了光电流的非线性特性及其与温度的关系，展示了其作为射频探测器的应用潜力。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant tunneling-based spin ratchets
我们概述了一个通用的棘轮机制，用于在交流驱动的双阱或双点结构中产生定向自旋极化电流，通过局部外部磁场设计的系统采用共振自旋转移。我们通过考虑通过两个耦合的横向量子点的相干输运来展示其对半导体纳米结构的适用性，其中两个量子点的能级表现出相反的塞曼自旋分裂。我们进行数值量子力学计算的I-V特性，该系统在非线性制度，这需要一个自洽的处理，由于所施加的有限偏压的电荷重新分布。我们表明，这种设置使非零平均净自旋电流的情况下，净电荷传输。
2009-04-09 cond-mat.mes-hall
Waveform sampling using an adiabatically driven electron ratchet in a two-dimensional electron system
我们利用一个时间周期性的棘轮式电位调制施加到一个二维电子系统内的GaAs/Al $_x$ Ga $_{1-x}$ As异质结引起一个净直流泵浦电流。调制是由两组交叉的门引起的，交错偏离中心，可以独立寻址。当换能器由两个相同但相移的ac信号驱动时，产生横向dc泵浦电流$I(ϕ)$，其强烈地取决于相移$ϕ$和施加的栅极电压的波形$V(t)$两者。我们发现，对于不同的周期信号，相位依赖性$I(ϕ)$密切类似于$V(t)$。本文提出了二维电子系统绝热抽运的一个简单线性模型，它很好地再现了我们的实验结果。
2005-03-16 cond-mat.mes-hall
Quantization and Corrections of Adiabatic Particle Transport in a Periodic Ratchet Potential
本文研究了在时间和空间都具有周期性的非对称势场驱动下过阻尼粒子的输运。我们将Fokker-Planck方程转化为含时的厄米问题，发展了一个绝热微扰理论，并揭示了与量子绝热粒子输运的类比。得到了用布洛赫态的Berry相表示的粒子速度系综平均的解析表达式。它的时间平均值被量化为一个陈数在确定性或紧束缚的限制，与指数小的修正。在相反的限制，其中的热能占主导地位的棘轮势，平均速度的公式也得到了，显示二阶依赖于潜在的。
2002-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Charge ratchet from spin flip: space-time symmetry paradox
传统的电荷棘轮效应被认为是由不对称的周期电位引起的空间对称性破缺或驱动场的时间不对称性引起的。在这里，我们证明了电和磁驱动的量子耗散系统与自旋轨道相互作用代表了一个例外，从这个标准的想法。与迄今为止建立的信念相反，当周期电位和驱动都对称时，电荷棘轮效应出现。我们发现，这种矛盾的电荷棘轮机制的来源是量子耗散与自旋轨道相互作用引起的自旋翻转过程的共存。
2009-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Terahertz ratchet in graphene 2D metamaterial formed by a patterned gate with an antidot arrayd
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；National Cheng Kung University（国立成功大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
研究通过图案化栅极与抗点阵列在石墨烯二维超材料中观察到太赫兹诱导的马车效应，通过电势和辐射电场的相互作用调控马车电流方向和大小。
2024-02-06 cond-mat.mes-hall
Quantum Floquet anomalous Hall states and quantized ratchet effect in one-dimensional dimer chain driven by two ac electric fields
在凝聚态物理中，发现和分类有趣的新拓扑物质和现象是一个重要的课题。拓扑非平凡系统也可以通过使用周期驱动场来实现。另一方面，棘轮效应可以用来从涨落中收集有用功，或者在磁驱动系统中实现定向输运。在这里，我们通过施加两个相互垂直的交流电场来促进二聚体链，并在低频区域获得有效的二维哈密顿量。我们从而得到量子Floquet反常霍尔（QFAH）电导，然后发现一个量子棘轮效应，在所产生的电流沿链。我们的进一步分析表明，这些起源于电场。这种无磁场的纵向量子化棘轮效应对设计新型高性能电子器件具有重要的意义。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall
Punchets: nonlinear transport in Hamiltonian pump-ratchet hybrids
“冲头”是棘轮和泵之间的混合体，其结合了空间周期性静态电势（通常在空间反演下不对称）与打破时间反演不变性的局部驱动，并且旨在对由准直激光束照射的金属或半导体表面进行建模。它们的关键特征是支持周期性（而不是自由）运动的渐近区域之间的不规则驱动散射。由于所有的二元时空对称性都被打破，穿孔中的散射通常会产生定向电流。我们在这里研究的基本非线性输运机制，从混沌散射的电流的参数依赖性，在三种类型的哈密顿模型，（i）与空间周期性的潜力，只有在驱动的散射区域，空间和时间的对称性被打破，和（ii），空间不对称（棘轮）的驱动，只有打破时间反演不变性的潜力。作为更现实的模型的激光照射的表面，我们认为（iii），一个驱动的形式的运行波局限于一个紧凑的区域由一个静态信封。在这种情况下，感应电流甚至可以与波的传播方向相反，这充分证明了它的非线性性质。量化冲孔被认为是一个可行的研究视角。
2017-12-23 cond-mat.mes-hall
Feedback control in a collective flashing ratchet
研究了反馈控制闪烁棘轮中的布朗粒子系综。棘齿电位根据粒子的位置打开和关闭，目的是使电流最大化。我们详细研究了一个协议，最大限度地提高即时速度的质心的合奏在任何时候。该协议是最佳的一个粒子和执行比任何定期闪烁的合奏中等大小，而击败了随机或定期切换大合奏。
2004-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Beatings of ratchet current magneto-oscillations in GaN-based grating gate structures: manifestation of spin-orbit band splitting
研究了双栅栅结构形成的AlGaN/GAN横向超晶格异质结中的磁棘轮效应。我们证明了用太赫兹辐射超晶格的直流棘轮电流，这表明巨磁振荡的舒布尼科夫德哈斯振荡制度的结果。这些振荡具有相同的周期，并且与电阻率振荡同相。值得注意的是，它们的振幅大大增强相比，在零磁场的棘轮电流，这些振荡的包络表现出大的跳动作为磁场的函数。我们证明了拍频是由导带的自旋轨道分裂引起的。我们发展了一个理论，它对所有的实验观测给出了一个很好的定性解释，并使我们能够提取自旋-轨道分裂常数α_{ \rm SO}= 7.5 \pm 1.5 meV \unicode{x212B} .我们还讨论了我们的结果是如何修改的等离子体效应，并表明这些影响变得更加明显，降低到亚微米的门控栅极结构的周期。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall
Spin-Orbit Based Coherent Spin Ratchets
棘轮的概念，驱动不对称的周期性结构，产生定向粒子流，最近被推广到量子棘轮机制的自旋电流介导的自旋轨道相互作用。在这里，我们认为这样的系统中的相干介观制度和推广的建议，一个最小的自旋棘轮模型的基础上，一个非相互作用的清洁量子线与两个横向通道，包括无序和自洽处理的电荷重新分配的非线性（绝热）交流驱动制度。我们的Keldysh-Green函数为基础的量子输运模拟表明，自旋棘轮机制是强大的，普遍无序，但非扩散，介观结构。将双通道扩展到多通道的情况下，不增加净棘轮自旋电流效率，但显着地，产生直流自旋传输随通道数线性增加。
2010-04-29 cond-mat.mes-hall
THz ratchet effect in HgTe interdigitated structures
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Institute of High Pressure Physics PAS（波兰科学院高压物理研究所）；Ioffe Institute（约费研究所）；Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）；Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院西伯利亚分校半导体物理研究所）；Laboratoire Charles Coulomb, Université de Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique（蒙彼利埃大学夏尔·库隆实验室（法国国家科学研究中心））
研究HgTe双格栅门结构中太赫兹ratchet效应，发现极化无关的线性ratchet效应及由辐射手性驱动的环形ratchet效应，QW厚度影响信号强度，极化门电压导致振荡增强。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall
Molecular wires acting as quantum heat ratchets
我们探讨在没有一个有限的净热偏置的情况下，两个引线之间的分子结的热传递。应用无偏的、时间周期性的引线温度调制需要反射对称性的动态破坏，使得定向热流可能出现（棘轮效应）。特别是，我们考虑两种情况下的磁慢驱动，即（i）周期性的温度调制的只有一个引线和（ii）温度调制的两个引线的交流驱动，包含二次谐波，从而产生谐波混合。这两种情况下产生相当大的定向热流，这应该是检测与目前的技术。添加静态热偏置，允许计算热流-热负载特性，其包括负热偏置的棘轮效应，其中正值热流对抗热偏置，直到热停止负载。棘轮热流又产生电流。施加的电停止电压产生有效的零电流，然后模拟单独的热棘轮诱导热功率（“棘轮塞贝克效应”），尽管没有净热偏置起作用。此外，我们发现，在场景（ii）中的两个谐波之间的相对相位能够将净热流引导到选择的方向。
2009-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Dissipation Enhanced Asymmetric Transport in Quantum Ratchets
从理论上研究了零温条件下粒子在周期非对称势场中的量子力学运动。基于半经典近似，我们发现，在弱振荡场的存在下，即使平均没有宏观场梯度，从一个局部极小值到下一个局部极小值的隧穿几率也是不对称的.耗散增强了这种不对称性，并导致稳定的单向电流，导致量子棘轮系统。
1997-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Orbital magnetic ratchet effect
理论上考虑了磁棘轮--具有叠加非中心对称铁磁光栅的二维系统。结果表明，由于周期性磁场的纯轨道效应，辐射激发导致二维载流子定向运动。研究了基于拓扑绝缘体、石墨烯和半导体异质结构等二维体系的磁棘轮。详细研究了在空间振荡洛伦兹力作用下，载流子辐射加热和辐射电场加速产生电流的机理。计算了对线极化面取向和辐射螺旋度敏感的电流。它表明，磁棘轮电流的频率依赖性是由占主导地位的弹性散射机制的二维载体和不同的线性和抛物线的能量色散的系统。
2014-07-17 cond-mat.mes-hall
Experimental investigation of the ratchet effect in a two-dimensional electron system with broken spatial inversion symmetry
我们报告的实验证据定向电子输运，诱导外部线性极化微波照射，在一个二维的空间周期性的非对称系统称为棘轮。在AlGaAs/GaAs异质结的高迁移率二维电子气中，通过人工半圆盘形反点阵列的图形化引入了空间对称性破缺。我们表明，运输的方向是有效地改变微波极化。研究了这种效应与磁场和温度的关系。这是朝着实现新的微波探测器和电流发生器迈出的重要一步。
2008-02-28 cond-mat.mes-hall
Circular THz ratchets in a 2D-modulated Dirac system
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
研究通过太赫兹激光在特定设计的二维超材料中观察到环形马蹄效应，利用周期性驱动和空间不对称性将交流功率转换为直流电流，其方向随辐射手性切换，展示了在室温下2.54 THz频率下的可控调制。
2024-02-27 cond-mat.mes-hall
Skyrmion ratchet propagation: Utilizing the skyrmion Hall effect in AC racetrack storage devices
磁性Skyrmions是一种具有拓扑保护的类纳米物体。当被直流电（DC）驱动时，skyrmions会移动，但会经历横向偏转。这种所谓的斯基米恩霍尔效应通常被认为是存储器应用的缺点。在这里，我们表明，这种独特的效果也可以是有利的自旋电子应用：我们表明，在一个破坏反转对称的赛道，斯基尔米恩霍尔效应允许转换成一个有方向的运动沿轨道，如在棘轮交流电流（AC）。我们分析了棘轮机构的几种模式，并表明它是唯一的拓扑磁涡动。我们详细说明了与拓扑平凡的磁性物体的运动相比的根本差异，以及由周期性力驱动的经典粒子。根据确切的赛道几何形状，棘轮机构可以是软的或严格的。在后一种情况下，skyrmion传播接近效率最大值。
2020-11-18 cond-mat.mes-hall
Brownian ratchets: How stronger thermal noise can reduce diffusion
研究了在反射对称性破缺的周期结构棘轮基底上运动的惯性布朗马达的扩散性质。电机由无偏的时间周期对称力驱动，该力使系统脱离热平衡。对于选定的参数集，该系统是在一个非混沌的制度，我们可以确定一个非单调依赖的扩散系数对温度：对于低温，它最初随着温度的增长而增加，通过其局部最大值，接下来开始减少，达到其局部最小值，最后它单调增加根据爱因斯坦线性关系。特别有趣的是扩散被抑制的热噪声的温度区间，我们解释这种效果的三态随机模型的过渡率。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stripe and Bubble Ratchets on Asymmetric Substrates
研究交流驱动下各向异性晶体、条纹及气泡中间相与一维非对称衬底耦合产生的非单调棘轮效应，揭示形态匹配对整流方向和效率的调控规律。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum dissipative Rashba spin ratchets
我们预测的可能性，以产生一个有限的稳态自旋电流通过施加一个无偏交流驱动的准一维非对称周期结构与Rashba自旋轨道相互作用和强耗散。在有限的轨道自由度耦合强度下，低温下的电子动力学表现出纯自旋棘轮行为，{ \it，即}有限的自旋电流和空间不对称结构中电荷传输的缺乏。我们还发现，强耗散的存在不会破坏平衡自旋流。
2008-06-14 cond-mat.mes-hall
Disorder induced superconducting ratchet effect in nanowires
直流电压降沿暴露于交流偏置源的非晶氧化铟纳米线发展。该电压与磁场是反对称的，其特征在于样品特定的准周期磁电压振荡。在低于$T_{C}$时，电压幅值随温度降低而增加，但在低T时饱和。随着样品无序度的降低，直流电压得到抑制。我们认为，这种整流是超导棘轮效应的一种表现，其中无序和几何约束发挥作用的非对称钉扎中心。这种效应表明了无序超导体的超导体-绝缘体转变中固有的不均匀性和涡旋运动的重要性。
2010-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ratchet effect in frequency-modulated waveguide-coupled emitter arrays
本文从理论上研究了耦合到一维波导的谐振电磁偶极子阵列中的极化空间分布。棘齿效应表现在两侧对称泵浦下沿阵列的发射极占据分布的空间不对称性。占据不对称性由发射器谐振频率的时间周期性调制驱动。我们发现数值和分析最大不对称的最佳条件。我们还表明，棘轮效应可以增强由于形成的拓扑电磁边缘状态，使频率调制。我们的结果适用于经典结构的耦合谐振器或半导体量子阱阵列以及量子设置波导耦合的自然或人工原子。
2021-09-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz and gigahertz magneto-ratchets in graphene-based 2D metamaterials
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Université de Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学，法国国家科学研究中心）；Johannes Gutenberg-University Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Science（V.拉什卡廖夫半导体物理研究所，乌克兰国家科学院）
研究通过石墨烯基二维超材料观察到磁力矩效应，发现太赫兹/吉赫兹激发导致磁振荡幅度显著超过零磁场下的力矩电流，与肖特基-德哈斯效应相关，并检测到由回旋共振和电子自旋共振引起的共振力矩电流。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall
Soliton ratchets out of point-like inhomogeneities
我们介绍并研究了一种新的设计棘轮势孤子激发。的潜力是通过一个阵列的点状（三角洲）的不均匀性，否则均匀的潜力。我们发展了一个集体坐标理论，预言作用在孤子上的有效势是周期性的，但不对称的，并引起棘轮效应。数值模拟完全证实了这一预测，定量协议达成的理论的改进版本。虽然我们特别表明，它是最有趣的建设约瑟夫森结棘轮能够纠正时间对称的交流力量，所提出的机制是非常普遍的，可以出现在许多情况下，包括生物系统。
2003-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Pumping Heat with Quantum Ratchets
我们描述了量子电子棘轮如何作为热泵。通常，棘轮可以被描述为非平衡系统，其中使用空间或时间不对称性产生定向粒子运动。在摇摆棘轮（也可以描述为非线性整流器）中，不对称电位对称且周期性地倾斜。在每个半周期中，电势的变形不同，当在整个摇摆周期内平均时，产生净粒子流。最近，人们发现，在量子制度，隧道有助于运输，净电流可能会改变与温度的迹象。在这里，我们表明，实验隧道棘轮的Landauer模型[Linke et.例如，Science 286，2314（1999）]预言了即使当净粒子流通过零时也存在净热流。我们量化这种热流，并定义一个系数的性能作为热泵的棘轮，发现更多的热量是沉积在每个两个电子水库由于摇摆的过程比从一个水库泵到另一个由棘轮。
2001-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Topological quantization of the flow of magnetic skyrmions driven by a ratchet-like potential under thermal fluctuations
我们考虑一个磁skyrmion的驱动下，自旋极化电流周期性的空间和时间和空间不对称，也受到随机磁场代表的热涨落。我们表明，当随机磁场足够低，而驱动电流的时间变化足够慢，skyrmion流是一个整数倍的空间和时间周期之间的比率，整数是一个拓扑不变量称为陈数。数值求解随机Landau-Lifshitz-Gilbert（sLLG）和Langevin方程也证明了这一结果。我们的工作提出了一种新的方法操纵skyrmions拓扑稳定性。
2018-06-14 cond-mat.mes-hall
Molecular Wires Acting as Coherent Quantum Ratchets
研究了激光场对弱耦合分子线中电子输运的影响。如果分子是由周期性排列的不对称化学基团组成的，那么分子线就像一个相干的量子棘轮。这种设置提出了一种量子整流器，在没有静态偏置的情况下具有有限的直流响应。非线性电流在隔离的驱动线的Floquet基础内以封闭形式进行评估。电流响应揭示了多个电流反转以及对激光场的振幅和频率的非线性依赖性（反映避免的准能量交叉）。对于长导线，电流在非零值处饱和，而当减小其长度时，它可能改变符号。
2002-01-25 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Interplay between quantum dissipation and an in-plane magnetic field in the spin ratchet effect
研究了具有Rashba自旋轨道相互作用的耗散准一维系统中纯自旋棘轮效应的存在性。该系统还被放置在横向均匀的固定平面内磁场中。结果表明，该效应在低温下存在，并且通过施加无偏的交流驱动可以产生纯自旋电流。推导了棘轮自旋电流的解析表达式。从这个表达式可以看出，自旋棘轮效应是由于自旋-轨道相互作用、轨道自由度和空间不对称性之间的耦合同时存在的结果。在本文中，我们考虑的情况下，打破了空间对称凭借非对称周期性的潜力。结果表明，外加磁场对自旋棘轮效应的存在没有任何影响，但会通过增加或减少自旋电流的大小来影响其效率。
2009-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
