Effect of Photon-Assisted Andreev Reflection in the Accuracy of a SINIS Turnstile
我们考虑一个混合单电子晶体管（SET），它由一个栅控的正常金属岛（N）通过两个隧道结（S-I-N-I-S）连接到两个电压偏置的超导引线（S）构成，作为一个旋转门。我们表明，该系统和它嵌入的高温电磁环境之间的光子交换增强了Andreev反射，从而限制了单电子隧穿精度。
2015-07-14 cond-mat.mes-hall
Quantized current of a hybrid single-electron transistor with superconducting leads and a normal-metal island
我们讨论了超导体-绝缘体-正常金属-绝缘体-超导体（SINIS）旋转栅门的操作。这种电压偏置混合单电子晶体管（SET）提供电流量化，即使只有一个射频（rf）控制参数，即单岛的栅极电压。我们给出了一个概述的主要误差机制的旋转栅门，并考虑其作为量子电流标准的可行性。我们还提出了实验结果的SINIS结构的泵送，这表明减少泄漏电流相比，早期的测量与相反的NISIN结构。
2009-05-29 cond-mat.mes-hall
Non-adiabadic charge pumping in a hybrid SET transistor
本文从理论上研究了基于SINIS或NISIN混合SET晶体管的电荷转门中的电流量化。量子化的准确性受到Andreev反射或库珀对电子共隧穿的限制。当这些过程直接与最低阶隧穿竞争时，这些过程的速率在“高于阈值”的情况下计算。我们表明，通过塑造的交流栅极电压驱动的旋转栅门，它应该是可能的，以实现$10^{-8}$，同时保持量化的电流的绝对值的顺序为30 pA的，只是一个旋转栅门与现实的参数，使用铝作为超导体。
2008-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Recovery of a SINIS turnstile accuracy in a strongly non-equilibrium regime
我们进行了理论研究的电荷输运通过一个混合单电子晶体管的基础上的一个小的正常金属（N）岛的栅极控制的电子数，隧道耦合到电压偏置超导（S）电极（SINIS）的非平衡效应。聚焦于晶体管操作的旋转栅门模式，栅极电压被周期性地驱动，并且岛上的电子处于不平衡状态，我们发现，与驱动频率$f$、电子-电子$1/τ_{ee}$和电子-声子$1/τ_{eph}$弛豫速率相比，电流量子化精度是由于隧穿引起的岛上的分布函数$\mathcal{F}(ε)$的弛豫速率$Γ_{\mathcal{F}}$的非单调函数。令人惊讶的是，在强非平衡状态$f\gg Γ_{\mathcal{F}}\ggτ_{ee}^{-1},τ_{eph}^{-1}$中，旋转门电流平台被恢复，类似于理想平衡状态$τ_{eph}^{-1}\gg Γ_{\mathcal{F}}$。当电子-电子弛豫比隧穿快时，准平衡态的平台被破坏。
2016-07-29 cond-mat.mes-hall
Suppression of back-tunnelling events in hybrid single-electron turnstiles by source-drain bias modulation
针对高频下混合单电子旋转门中电子反向隧穿导致的误差，提出一种在偏压上施加双频交流信号的驱动方案，通过额外调制岛化学势，将单电子电流准确性提升一个数量级，并将高频误差降至 $5\ imes 10^{-4}$ 以下。
2022-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Experimental determination of the elastic cotunneling rate in a hybrid single-electron box
我们报告的电荷配置和电荷转移动力学的测量混合单电子盒组成的铝和铜。我们使用两个单电子晶体管（SET）同时读出盒子的不同部分，使我们能够绘制出盒子的稳定性图，并识别盒子中的各种电荷转移过程。我们进一步表征了盒子中的弹性共隧穿，这是由混合SET组成的电子旋转门中的一个重要误差源，并发现在简并度下的速率低至1 Hz，并且与通过盒子中央超导岛中的虚态的电子隧穿的理论估计相容。
2014-07-07 cond-mat.mes-hall
Interplay of the inverse proximity effect and magnetic field in out-of-equilibrium single-electron devices
磁场显着影响非平衡准粒子（QP）分布的条件下的逆邻近效应的显着例子的单电子混合旋转门。这种效应抑制了与库仑封锁岛的十字转门结附近的超导引线中的间隙，从而将热量子点捕获在该区域。所施加的磁场以涡旋或导线中超导能隙减小的区域的形式产生额外的QP陷阱，导致QP从结释放。我们提出了明确的实验证据，这种相互作用的逆邻近效应和一个磁场揭示自己在超导能隙增强的磁场，以及在显着改善的旋转栅门特性。观察到的逆邻近效应和外部磁场的相互作用，其在QP过热的背景下的理论解释是重要的各种超导和混合纳米电子器件，发现应用在量子计算，光子探测和量子精密测量。
2016-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A hybrid superconductor-normal metal electron trap as a photon detector
在光子探测系统中，研究了由超导体（S）-绝缘体（I）-正常（N）金属隧道结构成的单电子陷阱，该陷阱耦合到读出SINIS型单电子晶体管A（SET A）。作为光子辐射源，我们使用了位于陷阱附近的第二个SINIS型SET B。在实验中，发现陷阱的平均保持时间与SET B两端的电压密切相关。在一定的电压范围内开始，观察到光子辅助电子逃逸的速率大致成正比的光子的能量超过S-电极的超导能隙的陷阱中的发射率。所讨论的光子发射和检测机制对于低温噪声光谱法是有意义的，并且对于基于混合SINIS旋转门的安培标准也是有意义的。
2012-04-16 cond-mat.mes-hall
Mechanical modulation of single-electron tunneling through molecular-assembled metallic nanoparticles
我们提出了一个单电子隧穿纳米机械双势垒隧穿结形成使用振动扫描纳米探针和金属纳米粒子连接到金属衬底通过分子桥的微观研究。我们通过振动纳米探针上的隧穿电流、位移电流和电荷感应静电力来分析单电子在纳米粒子上的运动。我们证明了机械单电子旋转栅门效应通过应用该理论的金纳米粒子连接到金基板通过烷烃二硫醇分子桥和探测的振动铂尖。
2004-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superconducting Quantum Interference Single-Electron Transistor
基于库仑阻塞和磁通量可控的超导邻近效应的相互作用，提出了量子化单电子源的概念。我们表明，磁通量依赖性的诱导能隙的状态密度的纳米尺寸的金属线可以被利用作为一个有效的可调的能量势垒，使电荷泵配置具有增强的功能。该控制参数强烈影响具有不可忽略的库仑能量的正常金属岛的充电景观。在一个适当的演变的时间相关的磁通量的结构行为同样的旋转栅门的单电子在一个完全静电的制度。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Two-junction superconductor-normal metal single-electron trap in a combined on-chip RC environment
电磁环境的耗散特性以及片上RC滤波被证明可以抑制两结超导体（S）-正常金属（N）电子陷阱中的随机状态切换。在我们的实验中，一个本地的高欧姆电阻增加了两个数量级的陷阱的保持时间。不同的芯片上的几何形状的芯片上的噪声滤波的强烈效果进行了观察。所得结果为基于S-N混合式旋转门实现现行标准提供了依据。
2011-06-29 cond-mat.mes-hall
Emergence of a negative charging energy in a metallic dot capacitively coupled to a superconducting island
我们考虑由金属点形成的混合装置，电容耦合到超导岛S，超导岛S通过约瑟夫森结连接到大块超导体。S中的电荷涨落充当了一个动态门，掩盖了金属点中的电子排斥，在两个额外的电子之间产生了吸引力。当金属点的偏移电荷增加时，点充电曲线示出正阶跃（$+2e$），随后是负阶跃（$-e$），表示出现负差分电容。给出了实验检测的建议，并提到了在纳米电子学中的潜在应用。
2007-08-17 cond-mat.mes-hall
Andreev reflection versus Coulomb blockade in hybrid semiconductor nanowire devices
半导体纳米线为研究量子输运现象和超导电性提供了一个很有前途的低维系统。在这里，我们调查之间的竞争库仑阻塞效应，Andreev反射，和量子干涉，在InAs和InP纳米线连接到铝基超导电极。我们比较了三种极限情况下，根据隧道耦合强度和特征库仑相互作用能。对于弱耦合和大的充电能量，观察到负微分电导作为一个直接后果的BCS态密度的铅。对于中等耦合和小于超导能隙的充电能量，电流-电压特性由Andreev反射控制，库仑阻塞仅在零偏压附近产生影响。对于几乎理想的接触coherencies和可忽略不计的充电能量，我们观察到普遍的电导波动，其幅度增强由于Andreev反射在接触。
2008-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Hybrid single-electron transistor as a source of quantized electric current
大约二十年前，单电子学的兴起奠定了在固态器件中同步操纵单个电子的基础。低温环境下的超小结构形成了一个接一个地寻址电子的理想域。在该领域中长期存在的挑战是实现与工作频率$f$精确相关的电流源。迫切需要电流的量子标准和所谓的欧姆三角形，其中通过欧姆定律测试来自约瑟夫森效应的电压和来自量子霍尔效应的电阻相对于电流，以检查自然界基本常数$\hbar$和$e$的一致性。已经报道了几种尝试来创建符合极高精度、高产率和实现不具有太多控制参数的苛刻标准的电流源。然而，尽管多年来取得了许多巧妙的成就，但迄今还没有令人满意的解决办法。在这里，我们提出并证明了具有一个栅极的单岛单电子晶体管形式的混合金属-超导体旋转门的意想不到的概念，它在我们当前测量的不确定性范围内在多个级别的$ef$上显示出稳健的电流平台。我们的理论估计表明，本系统的误差可以有效地抑制进一步优化的设计和适当的选择的设备参数，因此，我们希望它最终满足严格的规格的量子精密测量。
2007-08-16 cond-mat.mes-hall
Tunneling and Relaxation of Single Quasiparticles in a Normal-Superconductor-Normal Single Electron Transistor
我们研究的混合单电子晶体管的性质，涉及一个小的超导岛夹在正常的金属引线，这是由直流加交流电压驱动。为了描述它的性质，我们从微观理论推导出一组耦合方程。它们由一个主方程的概率找到岛上的多余的电荷，与利率取决于非平衡准粒子的分布。它们的动力学遵循一个动力学方程，该方程解释了单电子隧穿激发以及由于与声子的相互作用而导致的弛豫和最终复合。我们的低温结果比较以及最近的实验结果，交流驱动的混合单电子旋转门。
2014-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Suppressing quasiparticle poisoning with a voltage-controlled filter
我们研究了在Al/InAs纳米线混合系统中的单电子充电事件与故意引入的无带隙区域。库仑岛的占据使用附近的射频量子点作为电荷传感器来检测。我们证明，1微米的间隙段的导线可以用来有效地抑制单电子中毒的无间隙区域，因此保护奇偶性的岛，同时保持良好的电接触与正常的铅。在没有充电能量保护的情况下，1 e开关速率可以降低到每秒200次以下。在相同的配置中，我们观察到强烈的量子电荷波动，由于岛和铅之间的电子对交换。中毒率的磁场依赖性产生约90 nm的零场超导相干长度。
2019-02-07 cond-mat.mes-hall
Two-electron states of a group V donor in silicon from atomistic full configuration interaction
与硅中的施主结合的双电子态对于双量子位门和自旋读出都很重要。我们提出了一个全组态相互作用技术在原子紧束缚的基础上捕捉多电子交换和相关效应，同时考虑到硅的全能带结构和原子尺度的纳米器件的粒度。发现具有$A_1$ -对称性的类$s$激发态强烈影响负施主中心的充电能量.我们将该技术应用于亚表面掺杂剂进行栅极电场，并显示，绑定三重态出现在光谱中作为一个结果，减少充电能量。在各种限制机制中获得的双电子态的交换能可以实现对施主点混合量子比特中的自旋的工程电控制。
2017-03-12 cond-mat.mes-hall
Superconductivity and parity preservation in as-grown In islands on InAs nanowires
我们报道了在分子束外延生长的InAs纳米线上原位合成结晶铟岛。通过透射电子显微镜的结构分析表明，在晶体生长在两个家庭内的取向相对于纤锌矿InAs的tetraxibody为中心的晶体结构。结晶岛的长度< 500 nm，表面能量低，表明生长主要是由表面能最小化驱动的。通过In/InAs器件的电传输表现出库珀对充电，证明电荷宇称保持和原始的In/InAs界面，诱导的超导能隙约为0.45 meV。库珀对充电持续到温度> 1.2 K和磁场~ 0.7 T，表明In/InAs混合物属于在比最先进的Al基混合物更宽的参数空间上操作的扩展类的半导体/超导体混合物。工程晶体形态，同时使用阴影外延隔离单岛提供了一个有趣的替代以前的半导体/超导体混合形态和设备的几何形状。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Gigahertz quantized charge pumping in graphene quantum dots
单电子泵通过使安培能够根据电子的元电荷来重新定义，从而彻底改变了电学计量学。基于介观金属系统中的光刻固定隧道势垒和正常/超导混合旋转门的泵可以达到非常小的误差率，但仅在MHz的泵速对应于1 pA量级的小电流时。半导体结构中的可调谐势垒泵已经在GHz频率下工作，但误差率的理论处理更复杂，只能得到近似的预测。在这里，我们提出了一个单片，固定势垒单电子泵完全由石墨烯制成。我们演示了泵浦操作频率高达1.4 GHz，并预测在90 MHz的误差率低至百万分之0.01。结合量子霍尔效应和邻近感应约瑟夫森结的创纪录高精度，精确的量子化电流产生使量子三角形的全石墨烯闭合触手可及。石墨烯电荷泵在量子精密测量之外的预期应用包括在静电掺杂的双层石墨烯储层中经由电子-空穴复合的单光子产生，以及用于在量子信息处理中读出基于自旋的石墨烯量子位。
2012-07-27 cond-mat.mes-hall
Enhanced current noise correlations in a Coulomb-Majorana device
嵌套在拓扑纳米线中的马约拉纳束缚态（MBSs）被预测在MBSs之间存在有限能量分裂的情况下表现出非局域关联。然而，在实验中尚未检测到非局部相关的信号。一个可能的原因是，能量分裂太弱，严重影响许多系统参数。在这里，我们研究的充电能量引起的非局域关联的混合装置的MBS和量子点。假设纳米线的主机的MBSs接近一个介观超导岛具有有限的充电能量。纳米线的每一端通过具有谐振能级的量子点耦合到一个引线。由于超导磁悬浮岛的非定域性和动态库仑阻塞效应的相互作用，器件表现出负微分电导和巨大的超泊松散粒噪声.当岛与大块超导体强耦合时，通过调整点能级，在小铅化学势下的电流互相关为负。相反，在非马约拉纳设置中，互相关总是正的。该差异可以提供MBS存在的签名。
2016-06-23 cond-mat.mes-hall
Optical tracing of multiple charges in single-electron devices
在低温下表现出窄光学跃迁的单分子可以用作局部电场传感器。基于第一性原理，我们推导了芳香族有机染料分子的单电荷灵敏度。通过数值模拟，我们证明，通过使用目前可用的技术，它是可能的光学检测充电事件在一个粒状网络的灵敏度优于$10^{-5}e/\sqrt{\textrm{Hz}}$和跟踪多个电子的位置，同时，与纳米空间分辨率。我们的研究结果为电子和自旋电子纳米器件的微创光学检测以及构建在单光子和单电子水平上发挥作用的混合光电接口铺平了道路。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall
Electron Teleportation via Majorana Bound States in a Mesoscopic Superconductor
超导体中的零能马约拉纳束缚态被认为是拓扑量子计算机的潜在构建块，因为量子信息可以编码在一对{ \it空间分离}马约拉纳束缚态的费米子占据中。然而，尽管密集的理论努力，非本地签名的马约拉纳绑定状态尚未发现在电荷输运。在这项工作中，我们预测了一个惊人的非局域相位相干电子转移过程凭借隧道进出一对马约拉纳束缚态。这种隐形传态现象只存在于介观超导体中，因为一个非常重要但以前被忽视的充电能量。我们提出了一个实验装置来检测超导体/量子自旋霍尔绝缘体/磁绝缘体混合系统中的这种现象。
2010-01-20 cond-mat.mes-hall
Optically Probing Spin and Charge Interactions in an Tunable Artificial Molecule
我们光学探测和电气控制一个单一的人工分子含有明确定义的电子数量。电荷和自旋相关的量子点间耦合的光学探测通过添加一个单一的电子空穴对和检测从带负电荷的激子状态的发射。库仑和泡利封锁效应直接观察和杂交和静电荷能独立测量。证实点间量子耦合主要由电子隧穿介导。我们的结果与计算结果非常吻合，计算结果提供了量子点分子中负激子和少电子态的完整图像。
2006-07-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Charge dynamics and Kondo effect in single electron traps in field effect transistors
研究了金属氧化物半导体场效应晶体管中单电子陷阱的磁电特性。使用微观描述的系统的基础上的单站点Anderson-Holstein模型，我们推导出一个有效的低能量的系统的行动。该系统的行为的特点是同时极化子隧穿（对应于充电和放电的陷阱）和近藤屏蔽的陷阱自旋在单占领状态。因此，所获得的系统状态是近藤制度之间的混合物，通常与单电子占有，和混合价态制度，与大的电荷波动。在强磁场的存在下，我们证明了该系统是等效的两能级系统耦合到欧姆浴，与施加的磁场控制的偏压。由于近藤屏蔽，磁场的影响在单占据态被显著抑制。我们声称，这种抑制可以负责实验观察到的异常磁场依赖的平均陷阱占用${\rm Si-Si0_2}$场效应晶体管。
2004-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
High-performance Kerr quantum battery
本研究提出由简谐振子充电器和含Kerr非线性的非简谐振子构成的Kerr量子电池，发现其储能、充电功率等性能优于量子比特与简谐振子电池，且特性可由非线性强度调控。
2023-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
