Tunneling spin current in a system with spin degeneracy
本文从理论上研究了在强直流电场中，具有PT对称性的带绝缘体中产生的自旋电流，这与齐纳隧穿有关。在这个系统中的每个带是双简并与相反的自旋，但自旋旋转对称性不保持一般。我们认为自旋电流产生的条件与波函数的性质有关，它最终取决于一个称为位移矢量的几何量。通过对双带模型的分析，我们发现在PT对称系统中，位移矢量是产生自旋电流所必需的。我们还提出了锯齿链模型的位移矢量，并确认从数值计算中，一个非零的隧穿自旋电流发生在自旋简并系统。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall
Giant Photocurrent Enhancement by Coulomb Interaction in a Single Quantum Dot for Energy Harvesting
了解载流子在单电荷水平上的激发和输运过程在基于量子点的太阳能电池和光电探测器中起着关键作用。利用高分辨率光电流（PC）谱研究了嵌入\emph{n-i-}肖特基器件中的InAs/GaAs量子点中正电荷三离子（\emph{X$^+$}）的库仑诱导巨光电流增强. \emph{X$^+$}中两个空穴之间的库仑排斥增加了空穴的隧穿速率，剩余的空穴可以重新作为初始状态再次再生\emph{X$^+$}。该过程使\emph{X$^+$}的PC振幅比中性激子的PC振幅大30倍。通过对空穴隧穿时间的分析，给出了在隧穿过程中两个空穴之间的库仑相互作用引起的空穴隧穿势垒的等效变化，其值为8.05meV。我们的工作带来了对纳米级太阳能电池能量转换的基本理解，以提高能量收集的内部量子效率。
2019-02-12 cond-mat.mes-hall
A dynamical model for Brownian molecular motors driven by inelastic electron tunneling
近年来，人们提出了几种由电流驱动和控制的人造分子马达。类似于布朗机，这些系统的工作原理是将随机的非弹性隧穿事件转化为分子的定向旋转。尽管它们作为未来分子机器的最终组成部分的重要性，它们的建模还没有得到充分的研究。在这里，我们开发了一个动力学模型来描述这些系统。通过将该模型应用于一个著名的分子马达，验证了该模型的有效性和实用性，所得结果与已有的实验数据相一致.此外，我们演示了如何使用我们的模型来提取一些难以访问的微观参数。最后，我们包括一个分析的预期效果的电流感应力（CIF）。我们的分析表明，虽然非保守贡献的CIF可以在某些情况下是重要的，他们似乎并不重要的分析情况。尽管如此，CIF的保守贡献可能足以显著改变系统的动态。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall
Defect and Temperature Dependence of Tunneling in InAs/GaSb Heterojunctions
利用半导体异质结的隧道场效应晶体管（TFTs）已经显示出低能量逻辑的前景，但是目前不显示比60 mV/decade的室温热极限更陡的亚阈值摆动。这些器件还显示出明显的温度依赖性，这不是隧穿过程的特征。在这里，我们探索这些方面通过研究两端InAs/GaSb异质结的温度依赖性，允许在界面处的隧穿的真实性质被视为没有卷积从其他三端寄生效应，如栅极氧化物陷阱。我们比较了InAs/GaSb界面的峰值电流，过电流和电导斜率与温度的关系，有和没有界面缺陷。我们确定，隧道和过剩电流取决于温度和缺陷密度，并提出基于这些材料的最终漏电流将受到界面处的缺陷和不均匀性的影响。我们确定的电导斜率，一个两个终端模拟亚阈值斜率，不依赖于温度，对比鲜明的三端设备中看到的严重的温度依赖性在文献中。我们建议，TFFET的基础上，这个和类似的材料系统是由寄生效应，如隧道进入氧化物陷阱状态，或其他寄生是不固有的异质结本身，并在没有这些影响，真正的陡度从带到带隧穿是有限的缺陷和不均匀性的界面。
2015-03-10 cond-mat.mes-hall
Effect of the electromagnetic environment on arrays of small normal metal tunnel junctions: Numerical and experimental investigation
我们提出了一组实验的结果，以调查在弱隧穿制度的结的线性阵列中的隧穿耗散外部电磁环境的影响。这种电阻的影响随着链中结点数量的增加而减小，最终变得可以忽略不计。此外，存在外部阻抗的值，通常为1 ~5 k $Ω$，在该值处，电导曲线中的零电压下降的半宽度显示出最大值。一些新的解析公式，相位相关理论的基础上，以及数值结果将被提交。
2000-02-03 cond-mat.mes-hall
Ultimate charge transport regimes in doping-controlled graphene laminates: phonon-assisted processes revealed by the linear magnetoresistance
本文通过热解芳香族插层剂实现了对石墨烯叠层掺杂类型与浓度的控制，利用线性磁阻揭示了层内与层间输运机制，发现声子辅助隧穿是室温下导电性的主要限制因素，并展示了无金属石墨烯基热电偶约50 μV K^-1的热电灵敏度。
2024-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Quantum Tunneling: Insights from Simple Molecule-Based Magnets
本文对单分子磁体（SMM）中的磁双稳态和磁量子隧穿进行了广泛的理解，重点关注三个相对简单的低核过渡金属簇：自旋S = 4的Ni 4，Mn（III）3（S = 2和6）和Mn（III）6（S = 4和12）。Mn（III）络合物的相关性在于它们含有三角形Mn 3单元，其中交换可以从反铁磁性切换到铁磁性，而不会显著改变Mn（III）中心周围的配位，从而使单离子物理或多或少保持不变。这允许详细和系统地研究单个离子各向异性投射到分子自旋基态上的方式，否则相同的低自旋和高自旋分子，从而提供对控制SMM的量子动力学的关键因素的独特见解，即：（i）磁化弛豫的动力学势垒的高度;以及（ii）导致隧穿通过该势垒的横向相互作用。数值计算得到了前所未有的实验数据集（17种不同的化合物）的支持，包括从高频电子顺磁共振和低温磁滞测量获得的非常详细的光谱信息。多自旋哈密顿矩阵的对角化是必要的，以便充分捕获交换和局部各向异性之间的相互作用，以及最终导致高对称性SMM（铁磁Mn 3和Ni 4）中的隧穿矩阵元素的所得自旋状态混合。简单性（低核性、高对称性、弱无序性等）在这项研究中强调的分子被证明是至关重要的。
2010-07-07 cond-mat.mes-hall
Single-molecule Electronics: Cooling Individual Vibrational Modes by the Tunneling Current
由单分子组成的电子器件构成了电子元件不断缩小规模的最终极限。单分子电子学的一个关键挑战是控制这些结的温度。在个别振动模式中控制加热和冷却效应，原则上可以用于增加偏置下的单分子结的稳定性，将能量泵入特定的振动模式以进行电流诱导反应，或者通过抑制吸收和外部耗散过程来控制分子中声子的寿命来增加非弹性电子隧穿光谱中的分辨率。在偏压下，电流和分子交换能量，这通常导致分子加热。然而，相反的过程也是可能的，其中能量通过隧穿电流从分子中提取。设计一种分子“散热器”，其中特定的振动模式将热量从分子中导出并进入引线将是非常可取的。我们甚至可以想象，在分子设计正确的情况下，其他振动模式的振动能量是如何进入“冷却模式”的。以前的努力，以了解加热和冷却机制，在单分子结，主要是关注小模型，其中不清楚它们对应的分子系统。在本文中，我们的重点是抑制加热和获得电流诱导冷却在某些振动模式。提出了冷却单分子结振动模的策略，以及基于这些策略的原子计算。在原子单分子结的计算中，观察到两种不同冷却方案的冷却和减少加热。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall
Enhancing the Energy Resolution in Scanning Tunneling Microscopy: from dynamical Coulomb blockade to cavity quantum electrodynamics
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung（马克斯·普朗克固体研究所）；Institute for Complex Quantum Systems and IQST, Universität Ulm（乌尔姆大学复杂量子系统与IQST研究所）；Institut de Physique, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）
通过结合电磁屏蔽和低通滤波，提升扫描隧道显微镜能量分辨率至3.7μeV，揭示原子尺度隧穿过程与宏观腔量子电动力学的联系。
2026-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum limited amplification from inelastic Cooper pair tunneling
自然界对模拟信号的放大精度设置了基本限制。例如，一个线性放大器必然会增加一些噪声，最多相当于半个光子。虽然对于大多数应用来说，更高的噪声水平是可以接受的，但微波量子系统的读出，如自旋或超导量子比特，需要尽可能接近这个极限的噪声。到目前为止，只有利用超导电路中的非线性并由强微波泵浦音驱动的参量放大器才能接近它。然而，这种微波驱动使得它们比传统的直流供电放大器更难以实现和操作，到目前为止，传统的直流供电放大器的噪声要高得多。在这里，我们提出了第一个实验证明，一个简单的直流供电的设置允许放大接近量子极限。我们的放大方案是基于受激微波光子发射伴随着非弹性库珀对隧穿通过直流偏置的约瑟夫森结，与低噪声的关键在于一个定义良好的辅助空闲模式，类似于参量放大器。
2017-05-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Imaging anyons with scanning tunneling microscopy
任意子是奇异的准粒子，具有分数电荷，可以作为物质的强相互作用拓扑量子相的基本激发出现。与普通的费米子和玻色子不同，它们可能服从非阿贝尔统计--这一特性将有助于实现容错量子计算。非阿贝尔任意子长期以来一直被预言出现在分数量子霍尔（Fractional quantum Hall，FWHH）相中，这种相是在强磁场存在下二维电子气（2DEG）中形成的，例如$ν=\tfrac{5}{2}$ FWHH态。然而，任何子的直接实验证据和测试，可以区分阿贝尔和非阿贝尔量子基态与这种激发仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个新的实验方法，直接可视化的相互作用的电子态的结构与扫描隧道显微镜（STM）的1H态。我们的理论计算表明，光谱映射与STM附近的个别杂质缺陷可以用来图像分数统计在100 H状态，确定独特的签名，在这样的测量，可以区分不同的建议基态。局部捕获的任意子的存在应该在STM光谱图中留下独特的签名，并使一种新的方法能够直接检测-并可能最终操纵-这些奇异的准粒子。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Robust energy selective tunneling readout of singlet triplet qubits under large magnetic field gradient
快速、高保真的量子态探测对于在半导体中构建稳健的基于自旋的量子信息处理平台至关重要。基于泡利自旋阻断（PSB）的自旋-电荷转换及其变体被广泛用于双电子单重态-三重态（ST $_0$）量子比特的自旋状态鉴别;然而，单次测量保真度受到低信号对比度或PSB能量失谐下三重态的短寿命的限制，特别是由于在大磁场梯度下与单重态的强混合。最终，有限的单次测量保真度导致量子操作的可见性低。在这里，我们展示了一种替代方法来实现ST $_0$量子位态的自旋到电荷转换，使用双占据量子点（QD）和电子库之间的能量选择性隧穿。我们证明了一个90%的单次测量保真度和S-T $_0$振荡的可见性为81%，在100 mT（~ 500 $MHz\cdot h \cdot(g^{*}\cdot μ_B)^{-1}$）的场梯度，这允许单次读出与完整的电子电荷信号对比度，并在同一时间，长和可调的测量时间，即使在强磁场梯度的松弛效应可以忽略不计。使用一个射频传感器的QD阵列的位置相对，我们将这种方法应用到两个ST $_0$量子位，并显示高可见性读出两个单独的单量子位门操作是可能的，与一个单一的射频单电子晶体管传感器。我们期望我们的双电子自旋态的测量方案可以应用于各种宿主材料，并为基于量子点的量子计算平台上的高精度多量子比特态检测提供一种简化和互补的途径。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
The Post-Silicon Semiconductor Era: A Review of Physics, Synthesis, and Architectural Integration of Carbon Nanotube Field-Effect Transistors
Birla Institute of Technology and Science, Pilani – Dubai Campus（印度理工学院比拉大学迪拜校区）
本文针对硅CMOS缩放的物理极限，论证单壁碳纳米管是新沟道材料，从电子结构理论到合成集成阐述，推导相关极限并对比实验数据，研究相关工艺，经技术经济分析指出材料纯化等是商业采用CNTFET的实际障碍。
2026-08-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum Fisher information in many-photon states from shift current shot noise
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（RIKEN 涌现物质科学中心）；Department of Applied Physics, The University of Tokyo（东京大学应用物理系）；Fundamental Quantum Science Program (FQSP), TRIP Headquarters, RIKEN（RIKEN TRIP总部基础量子科学计划）
通过移位电流 shot noise 直接测量非经典光的量子 Fisher 信息，利用 Lindblad 方程分析光子态的非线性光电流，发现 shot noise 能编码量子 Fisher 信息。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
First order $0/π$ quantum phase transition in the Kondo regime of a superconducting carbon nanotube quantum dot
为了研究强电子关联与邻近效应的竞争，我们研究了嵌入SQUID环中的碳纳米管量子点。取决于局部配对还是局部磁性占优势，超导量子点将分别表现出正或负超电流，称为0或$π$约瑟夫森结。在强库仑阻塞的状态下，0到$π$的转变通常由点的离散电荷状态从偶数到奇数的变化来控制。相反，在较大的隧穿振幅的近藤效应发展为一个奇数电荷（磁）点在正常状态下，猝灭磁性。在这种情况下，我们发现，由于超导能隙和Kondo温度的竞争，当引入超导时，可以在固定价态下触发0到$π$的一阶量子相变. SQUID的几何形状与我们的设备的可调谐性一起允许探索由最近的理论预测的相关联的相图。我们还报告了在过渡制度中的电流-相位关系的非谐行为的观察，我们与两个不同的可访问的超导状态。我们的研究结果最终揭示了近藤基态的自旋单重态性质，这是使0相远离混合价态区域稳定的关键过程。
2011-10-10 cond-mat.mes-hall
Adversarial Hamiltonian learning of quantum dots in a minimal Kitaev chain
本研究针对量子点基Kitaev链哈密顿量参数确定难题，提出基于Conv-cGAN的对抗学习方法，可快速预测相图与马约拉纳束缚态参数，在实验数据上实现97%的区域分类准确率，为Kitaev链调谐提供可扩展方案。
2023-04-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Identifying Pauli blockade regimes in bilayer graphene double quantum dots
最近在二维材料量子点平台上对电流封锁的实验观察为自旋和谷量子比特处理开辟了新的途径。受实验结果的启发，我们构建了一个模型，捕捉微妙的相互作用的库仑相互作用，点间隧穿，塞曼分裂，和内在的自旋轨道耦合在一个双量子点结构来模拟泡利封锁。分析相关的Fock-子空间的广义哈密顿量，再加上密度矩阵主方程技术的运输整个设置，我们确定了一般类的封锁机制。最重要的是，与人们普遍认为的相反，我们表明，负责保利封锁的传导和阻塞状态是所有自由度的耦合效应的结果，并且不能仅使用自旋或谷伪自旋来解释。然后，我们数值预测的制度，泡利封锁可能会发生，并为此，我们验证我们的模型对实际的实验数据，并提出我们的模型可以用来生成数据集的不同值的参数与训练的机器学习算法的最终目标。我们的工作提供了一个可预测的理论辅助实验实现单次读出的自旋和谷态的DQD基于二维材料平台的使能平台。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
