物性物理学：グラフェン量子ドットにおける粒子–正孔対称性によって保護されるスピン・バレーブロッケード

粒子–正孔対称性は、固体系におけるトポロジカル相の特性評価において重要な役割を果たしている。例えば、粒子–正孔対称性は、半充填の自由フェルミ粒子系において見られ、相対論的場の理論における反粒子の概念と密接に関係している。低エネルギー極限では、グラフェンが、有効ディラック方程式によって記述されるギャップレス粒子–正孔対称系の主要例であり、そのトポロジカル相は、対称性を保持する（または破る）ことによってギャップを開く方法を調べることで理解できる。重要な例が、グラフェンの固有のKane–Meleスピン軌道ギャップであり、これによって、スピン・バレー縮退が解け、粒子–正孔対称性を保持しながら量子スピンホール相においてグラフェンがトポロジカル絶縁体になる。今回我々は、2層グラフェンが、ほぼ完全な粒子–正孔対称性を示す電子–正孔二重量子ドットの実現を可能にし、そこでは、逆の量子数を持つ単一電子–正孔対の生成と消滅を通して輸送が起こることを示す。さらに我々は、粒子–正孔対称性スピン・バレーテクスチャーが、単一粒子スピン・バレーブロッケードの保護につながることを示す。このブロッケードによって、スピン・バレーキュービットの操作に不可欠である、ロバストなスピンから電荷への変換とバレーから電荷への変換が可能になるだろう。

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