Singlet-triplet splitting in double quantum dots due to spin orbit and hyperfine interactions
我们分析了外加磁场和偏压作用下双电子双量子点的低能能谱。我们专注于自旋封锁制度，考虑到自旋轨道相互作用和超精细耦合的电子和核自旋。从双点中两个相互作用电子的模型出发，我们在单重态和三重态能级之间的避免交叉附近导出了微扰的有效两能级哈密顿量，它们通过自旋轨道和超精细相互作用耦合。我们评估的水平分裂的反交叉，并表明，它取决于各种参数，包括自旋轨道耦合强度，外部磁场相对于内部自旋轨道轴的方向，潜在的失谐的点，和超精细场之间的差异在两个点。我们提供了一个分裂的自旋轨道长度的公式，在两个点的超精细领域，和双点参数，如隧道耦合和库仑能量。这个公式应该证明是有用的提取自旋轨道参数的传输或电荷传感实验在这样的系统。我们确定了一个参数制度的自旋轨道和超精细条款可以成为可比的强度，并讨论如何达到这个制度。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction dominated dynamics of nuclear spins in self-assembled quantum dots
我们测量了自组装量子点在5特斯拉的磁场中的核自旋动力学，并确定了两种不同的机制负责的Overhauser场的衰减。我们属性的温度无关的衰变持续约100秒的点内扩散引起的超精细介导的间接核自旋相互作用。此外，我们观察到一个门电压和温度依赖的衰变源于共隧穿介导的核自旋翻转过程。通过调整栅电压和降低电子温度到~200毫开尔文，我们将相应的衰减时间延长到~30小时。我们的测量结果表明，利用单个自组装量子点探索中心自旋模型的量子动力学的可能性。
2011-04-06 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-mediated transitions between a Zeeman split doublet in GaAs quantum dots: The role of the internal field
研究了GaAs量子点中最低轨道能级塞曼分裂自旋态之间的超精细介导跃迁速率。我们把超精细哈密顿量分成两部分，一部分是轨道态的对角部分，另一部分是不同轨道的混合部分。对角线部分产生有效（内部）磁场，除了外部磁场之外，该磁场还确定塞曼分裂。量子点中的自旋翻转跃迁是由伴随着声子发射的轨道混合部分引起的。我们评估的速率为不同的制度，所施加的磁场和温度。当外加磁场足够低时，我们得到的速率大于自旋轨道相关速率。
2002-02-14 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction induced dephasing of coupled spin qubits in semiconductor double quantum dots
从理论上研究了具有有限单重态-三重态分裂J的双量子点中两电子自旋态的超精细诱导退相.特别地，我们导出了一个有效的纯退相哈密顿量，当超精细诱导混合由于相对较大的J和外部磁场而被抑制时，这个有效的纯退相哈密顿量是有效的.使用两个量子理论的基础上重申的环形图和半经典的方法，我们确定的制度所定义的外部磁场，单重态-三重态分裂的值，并在总的有效磁场的不均匀性占主导地位的退相过程。我们解决了单重态和非极化三重态叠加的自由感应和哈恩回波衰减（这两种情况都与双量子点中实现的单重态-三重态量子比特有关）。我们还研究了两个单自旋量子比特的超精细引起的交换门误差。III-V族半导体以及硅基量子点的结果。
2013-08-28 cond-mat.mes-hall
Effect of external magnetic field on electron spin dephasing induced by hyperfine interaction in quantum dots
研究了外加磁场对半导体量子点中超精细相互作用引起的单电子自旋相位弛豫的影响。基本的衰变机制归因于局域有效核场在量子点系综上的色散。通过对核自旋分布取平均值，分析了电子自旋退相的特征。我们发现，退相率可以估计为主要由局部核磁场的平均值引起的自旋进动频率。此外，它表明，超精细相互作用并不完全解除电子自旋。失相过程中初始自旋极化的损失强烈依赖于外部磁场，导致有效抑制这种机制的可能性。
2002-12-10 cond-mat.mes-hall
Effect of strain on hyperfine-induced hole-spin decoherence in quantum dots
本文从理论上研究了应变对单重空穴自旋动力学的影响，其中单重空穴被限制在自组装量子点中，并通过超精细相互作用与周围原子核相互作用。限制和应变杂交的HH状态，这表明一个狭窄的核自旋浴指数衰减。对于不同的应变配置内的点，自旋退相干时间$T_2$的外部参数的依赖性被移动和非单调的峰值的依赖性被改变。应用外部应变会使$T_2$对外部参数的依赖性发生相当大的变化。我们发现，外部应变的影响主要是有效的超精细耦合强度的导带（CB），这表明CB混合物的杂化HH状态起着至关重要的作用，$T_2$应变的敏感性。
2012-05-11 cond-mat.mes-hall
Direct measurement of hyperfine shifts and radiofrequency manipulation of the nuclear spins in individual CdTe/ZnTe quantum dots
我们实现了对单个CdTe/ZnTe量子点电子超精细位移的直接探测。对于以前无法访问的制度的强磁场$B_z\gtrsim0.1$ T，我们证明了强大的极化的几百个粒子的核自旋浴，光学初始化时间为$\sim$ 1毫秒和极化寿命超过$\sim$ 1秒。单个量子点的核磁共振光谱揭示了强的电子-核相互作用，其特征在于奈特场$|B_e|\gtrsim50$ mT，比III-V族半导体量子点强一个数量级。我们的研究证实，II-VI族半导体量子点作为一个有前途的平台，混合电子-核自旋量子寄存器，结合了优良的光学性能相媲美的III-V点，和稀释的核自旋环境类似的IV族半导体。
2018-07-19 cond-mat.mes-hall
Quantum versus classical hyperfine-induced dynamics in a quantum dot
在这篇文章中，我们分析了由于接触超精细相互作用而被限制在半导体量子点中的电子的自旋动力学。我们比较平均场（经典）演化的电子自旋在一个核场的存在下，与精确的量子演化的特殊情况下的均匀超精细耦合常数。我们发现（在这种特殊情况下）由于平均场近似和量子演化的零磁场动力学是相似的。然而，在有限磁场中，量子解和经典解只在一定的时间尺度t<τ_c内一致，在此之后它们就明显不同了。
2007-04-29 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-induced valley mixing and the spin-valley blockade in carbon-based quantum dots
碳纳米管和石墨烯量子点中的超精细相互作用（HFI）是由于13 C原子的存在。我们从理论上表明，在这些结构中的短程性质的HFI引起的谷自由度的电子和核自旋之间的耦合，除了通常的电子自旋核自旋耦合。我们预测HFI的这种性质会影响碳基双量子点中的泡利阻塞输运。特别地，我们表明，只有当量子点能级的自旋和谷简并都被提升时，输运才被阻止，例如，通过适当定向的磁场。阻断是由（1，1）电荷组态中的四个“超三重态”引起的。
2009-11-27 cond-mat.mes-hall
Hyperfine Interaction in a MoS$_2$ Quantum Dot: Decoherence of a Spin-Valley Qubit
过渡金属二硫属化物单层（TMD-ML）半导体量子点是实现电子自旋谷量子比特的一种成功且有前途的器件。TMD-ML半导体量子点中的电子自旋可以被高精度地隔离和控制，但是由于与周围环境（例如核自旋环境）的不可避免的耦合，其仍然遭受退相干。一个常见的工具，调查系统，如在这项工作中考虑的是密度矩阵形式主义，提出了一个精确的主方程的中心自旋（自旋量子位）系统中的时间依赖性和耦合到核自旋浴的超精细相互作用。主方程提供了中心自旋动力学的统一描述。更详细地分析这一点，我们计算保真度损失由于奥弗豪泽场超精细相互作用在一个广泛的核自旋数$\mathcal{N}$。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction and electron-spin decoherence in graphene and carbon nanotube quantum dots
我们解析计算了单电子在碳纳米管或石墨烯量子点中的核自旋相互作用。虽然石墨烯中的导带态是p型的，但碳纳米管中的相应态由于曲率而为sp杂化。这导致了各向同性和各向异性超精细相互作用之间有趣的相互作用。通过仅使用分析方法，我们能够显示相互作用强度如何取决于重要的物理参数，如曲率和同位素丰度。我们发现，对于所研究的碳结构，13 C超精细耦合强度小于1 μ-eV，并且相关的电子自旋退相干时间可以预期为几十微秒或更长，这取决于自旋携带13 C核的丰度。此外，我们发现超精细诱导的奈特位移是高度各向异性的，无论是在石墨烯和纳米管的任意手性。
2009-09-09 cond-mat.mes-hall
Analytical Solution of Electron Spin Decoherence Through Hyperfine Interaction in a Quantum Dot
解析求解了量子点中由于超精细相互作用引起的{ \it Non-Markovian}单电子自旋动力学。我们采用运动方程方法，辅以大场展开，发现由电子介导的虚核自旋触发器对横电子自旋关联函数的完全退相干有重要贡献.我们的结果表明，90%的核极化可以提高电子自旋$T_2$时间近两个数量级。在长时间极限内，在极化核和非极化核都存在的情况下，电子自旋关联函数具有非指数的$1/t^2$衰减。
2006-07-23 cond-mat.mes-hall
Electron spin dynamics in quantum dots and related nanostructures due to hyperfine interaction with nuclei
我们回顾和总结了量子点和相关纳米结构中由于与周围核自旋的超精细相互作用而引起的电子自旋动力学的最新理论和实验工作。这个主题是特别感兴趣的几个建议，量子信息处理在固态系统。具体地说，我们研究了s型导带中量子点中电子自旋与量子点中核自旋的超精细相互作用。这种相互作用与每个核的位置处的电子波函数的平方模量成比例，导致非均匀耦合，即，不同位置处的核以不同的强度耦合。对于初始完全极化的核自旋系统，可以得到自旋动力学的精确解析解，而对于非完全极化的核，只有在足够小的系统中，才能得到不需要近似的数值解。我们比较这些确切的结果，从几个近似策略的结果。
2003-11-07 cond-mat.mes-hall
Light-hole states and hyperfine interaction in electrically-defined Ge/GeSn quantum dots
本文利用全原子紧束缚模型和DFT计算，研究GeSn/Ge/GeSn量子阱中电学定义量子点的轻空穴自旋，揭示Sn含量、导带-价带混合对超精细耦合与Overhauser场涨落的关键影响。
2025-07-17 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-mediated gate-driven electron spin resonance
对GaAs少电子双量子点中的全电自旋共振效应进行了理论和实验研究。相关的拉比振荡的磁场依赖性和缺乏是一致的一种新的超精细机制。共振频率对瞬时超精细有效场敏感，这种效应可以用来探测和产生相当大的核极化。一种包含微磁体的装置在点之间表现出磁场差异，允许选择性地寻址任一点中的电子。
2007-12-19 cond-mat.mes-hall
Orbital hyperfine interaction and qubit dephasing in carbon nanotube quantum dots
超精细相互作用（HF）对于固态量子信息处理的功能性至关重要，因为它影响量子比特相干性并使核自旋量子存储器成为可能。在这项工作中，我们完成了理论的基本超精细相互作用机制（费米接触，偶极，轨道）在碳纳米管量子点通过提供一个理论描述的轨道HF。我们发现，轨道HF诱导的纳米管晶格的核自旋之间的相互作用和限制在量子点中的电子的谷自由度。我们表明，由此产生的核自旋-电子谷相互作用（i）是大约伊辛型，（ii）基本上是本地的，在这个意义上，可以定义一个半径和点长度无关的原子相互作用强度，和（iii）具有原子相互作用强度，这是相媲美的费米接触和偶极相互作用的组合强度。我们认为，轨道HF提供了一个新的退相干机制的单电子谷量子比特和自旋谷量子比特在一系列的多谷材料。我们明确评估相应的非均匀退相时间$T_2^*$的纳米管为基础的谷量子位。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall
Spin state mixing in InAs double quantum dots
通过电子输运谱研究了泡利自旋封锁体系中弱耦合InAs量子点的超精细和自旋轨道介导的单重态-三重态混合效应。与GaAs中的双量子点相比，自旋-轨道耦合比超精细混合能大两个数量级以上。它已经是有效的磁场的几个mT，从超精细混合的偏差观察。
2007-04-07 cond-mat.mes-hall
Spin decoherence in graphene quantum dots due to hyperfine interaction
基于碳的系统是固态自旋量子比特的突出候选者，这是由于弱的自旋轨道和超精细相互作用以及低的携带自旋的同位素的天然丰度。研究了超精细相互作用对石墨烯量子点中电子自旋相干性的影响。我们知道，这些系统中的超精细相互作用是各向异性的，有希望成为有趣的物理。我们计算了一个电子自旋包围浴核自旋的动力学在非马尔可夫方法使用广义主方程。考虑到超精细相互作用的一般形式，我们能够将我们的结果的有效性范围扩展到石墨烯之外的其他系统。对于大的外磁场，我们发现在玻恩近似下，电子自旋态在小的修正下是守恒的，它以由超精细相互作用决定的频率振荡。这些振荡的振幅以幂律衰减，其初始值取决于各向异性的具体形式。更详细地分析这一点，我们确定了两种不同的各向异性，这两种各向异性都可以在石墨烯中找到，这取决于外部磁场相对于碳层的取向。
2012-08-02 cond-mat.mes-hall
Interplay of spin-orbit and hyperfine interactions in dynamical nuclear polarization in semiconductor quantum dots
本文从理论上研究了$(S)$ -$(T_+)$三重态反交叉附近的双电子半导体双量子点中自旋轨道相互作用和超精细相互作用对动态核极化的影响。研究中的方案的目标是通过动态地将极化从电子自旋转移到核自旋来延长单线态$(S)$ -三线态$(T_0)$量子比特退相干时间$T_2^{*}$。这种极化转移是通过使电子自旋在$S-T_+$反交叉上循环来实现的。在这里，我们调查，定量和定性，如何超精细介导的动态极化转移的Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用的影响。除了$T_2^*$，我们还确定了单重态返回概率$P_s$，这是一个可以在实验中测量的量。我们的研究结果表明，自旋轨道相互作用建立了一种机制，可以在相反的方向上的超精细介导的核自旋极化相比，核自旋。在具有相对强的自旋-轨道耦合的材料中，自旋-轨道和超精细介导的核自旋极化的这种相互作用防止了$S-T_0$量子位退相干时间$T_2^{*}$的任何显著增加。
2014-08-28 cond-mat.mes-hall
Hyperfine coupling of hole and nuclear spins in symmetric GaAs quantum dots
在自组装的III-V族半导体量子点中，价空穴具有比传导电子更长的自旋相干时间，这是由于它们与核自旋浴波动的耦合较弱。延长空穴自旋稳定性依赖于更好地理解空穴与核自旋超精细耦合，我们在对称的（111）GaAs/AlGaAs液滴点中在实验和理论上都解决了这一问题。在沿生长轴施加的磁场中，我们通过带正电荷的trion X $^+$ Zeeman和Overhauser分裂产生了很强的核自旋极化。四个清晰分辨的光致发光线的观察-（111）纳米系统的独特属性-使我们能够分别测量电子和空穴对Overhauser位移的贡献。发现空穴的超精细相互作用比电子弱约5倍。我们的理论表明，这个比例不仅取决于固有的材料特性，而且还取决于点的形状和载流子通过重空穴混合，工程的机会，通过调整点的大小和形状的空穴核自旋相互作用的限制。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction for holes in quantum dots: k.p model
我们在包络函数近似下建立了半导体纳米结构超精细相互作用的多带kp理论。我们应用这种理论描述的纵向和横向Overhauser场的波动所经历的一个洞的各种成分和几何形状的InGaAs量子点的范围。我们发现，对于一个广泛的范围内的值的$d$壳混合物形成的价带的顶部的原子状态，由这种混合物所造成的横向Overhauser场是相同的数量级的纵向的，带混合只增加了一个微小的修正，这一结果。因此，kp的结果很好地再现了一个简单的盒子模型的有效离子数由波函数参与数确定，只要孔被限制在组成均匀的体积的点，这在很宽的参数范围内，不包括非常平坦的点。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall
Integrability-based analysis of the hyperfine-interaction -nduced decoherence in quantum dots
利用代数Bethe Anchor方法和简单的Monte Carlo抽样技术，我们研究了中心自旋与核自旋池耦合的退相干问题。我们详细描述了从强到弱的外部磁场场的完全交叉，发现一个大的非衰减的相干因子的极限。这一特征是由玻色爱因斯坦凝聚的物理，这也允许我们认为，相应的零频率峰不会被统计或系综平均加宽。
2013-01-28 cond-mat.mes-hall
Interplay between hyperfine and anisotropic exchange interactions in exciton luminescence of quantum dots
该研究理论分析量子点中激子发光，探讨超精细与各向异性交换相互作用，计算偏振度对磁场依赖，揭示特殊机制下的光学取向。
2024-05-24 cond-mat.mes-hall
Dephasing and Hyperfine Interaction in Carbon Nanotubes Double Quantum Dots: The Clean Limit
本文从理论上研究了碳纳米管双量子点中${}^{13}$ C-超精细相互作用引起的退相效应。对于最初占据一个点的两个电子，我们计算了分离成两个点后的平均返回概率，这两个点具有随机的核自旋配置。我们关注的是收益概率的长时间饱和值$P_\infty$。由于自由度的谷，分析比例如GaAs量子点中的分析更复杂，GaAs量子点具有取决于磁场的两个不同的$P_\infty$值。在这里，准备状态和测量状态是不唯一的，因为同一个点中的两个电子可以处于六种不同的状态。此外，对于每个点中的一个电子，存在16种状态，因此可以通过超精细场进行混合。返回概率实验被发现是强烈依赖于准备状态，外部磁场--塞曼和轨道效应-和自旋轨道分裂。对于自旋-轨道耦合的纳米管，初始态为基态，在零磁场下，饱和度最低，为$P_\infty$ = 1/3，这种情况相当于没有谷自由度的双点。总之，我们报告了9个动态不同的情况下，给$P_\infty$ = 1/3，3/8，2/5，1/2和谷反对称准备状态在轴向磁场中，$P_\infty$ = 1。当制备基态时，由于垂直磁场导致的自旋轨道分裂和塞曼能量之间的比率可以将有效超精细场从三维连续调谐到二维，从而给出从$P_\infty$ = 1/3到3/8的饱和值。
2011-07-23 cond-mat.mes-hall
Determining the electronic triplet-singlet transition probability in double quantum dots: Analogy with the double slit experiment
我们采用初等测量方法计算了双量子点中由超精细相互作用引起的电子三重态-单重态跃迁。我们展示了超精细相互作用和核反作用过程（触发器）的局部特征是如何消除三重态-单重态跃迁几率的相消干涉的。正是这种抵消作用将超精细相互作用与混合三重态和单重态本征态的各向异性磁场区分开来。
2010-02-22 cond-mat.mes-hall
Electron-nuclei spin relaxation through phonon-assisted hyperfine interaction in a quantum dot
研究了量子点中电子与晶格核的接触超精细相互作用引起的非弹性自旋翻转速率。与其他工作不同的是，我们通过直接考虑原子核在振动晶格中的运动，从这种相互作用中得到了自旋-声子耦合项。在跃迁率的计算中，一阶和二阶微扰理论的干涉是必不可少的。当束缚势与嵌入晶格中的原子核一起移动时，它导致在长声子波长处弛豫的抑制。在较高的频率下（或对于固定的限制势），零温度速率与发射声子的频率成比例。我们解决塞曼子级之间的过渡，以及一个单电子基态的三重态单重态过渡，我们提供了现实的系统参数的数值估计。结果表明，该机制的效率低于GaAs量子点中涉及压电电子-声子耦合的电子-核自旋弛豫。
2004-01-05 cond-mat.mes-hall
Measurement of the spin temperature of optically cooled nuclei and GaAs hyperfine constants in GaAs/AlGaAs quantum dots
电子和核自旋的深度冷却相当于实现接近100%的偏振度，并且是固态量子信息技术中的关键要求。虽然金刚石和SiC中的单个核自旋的极化达到99%或更高，但量子点中的核的极化被限制在60-65%。理论模型将这种限制归因于相干“暗”核自旋态的形成，但缺乏实验验证，特别是由于偏振度测量的准确性差。在这里，我们测量GaAs/AlGaAs量子点的核极化与高精度使用一种新的方法，使操纵核自旋状态的射频脉冲。观察到高达80%的偏振-迄今为止量子点光学冷却的最高报道。该值仍然不受核相干效应的限制。相反，我们发现，光学冷却的核很好地描述在一个经典的自旋温度框架。我们的研究结果为量子点电子自旋量子比特的进一步发展开辟了一条道路，其中介观核自旋系综的深度冷却用于实现长量子比特相干性。此外，GaAs超精细材料常数在这里首次实验测量。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall
Nuclear Spin Diffusion Mediated by Heavy Hole Hyperfine Non-Collinear Interactions
我们证明了束缚在中性自组装量子点中的重空穴态的超精细介导动力学导致了核自旋扩散机制。结果表明，中性量子点中核自旋极化度较低的原因是被忽略的有效重空穴超精细非共线相互作用。此外，我们的结果表明，抽运后的核自旋态是留在一个复杂的混合态，这是不直接推断的伊辛类相互作用的符号。
2014-03-03 cond-mat.mes-hall
Isotope sensitive measurement of the hole-nuclear spin interaction in quantum dots
核场涨落引起的退相干是利用单电子自旋实现量子信息处理的根本障碍。已经提出了使用基于具有较弱超精细耦合的价带空穴的自旋量子位的替代建议。然而，它是最近在理论和实验上证明，空穴超精细相互作用是不可忽略的，虽然一个一致的图片的机制控制的大小的空穴-核耦合仍然缺乏。在这里，我们解决这个问题，通过执行同位素选择性测量的价带超精细耦合在InGaAs/GaAs，InP/GaInP和GaAs/AlGaAs量子点。与现有的模型相反，我们发现，空穴超精细常数沿结构的生长方向（由电子超精细常数归一化）具有相反的符号为不同的同位素和范围从-15%到+15%。我们把这种空穴超精细常数的变化归因于p-对称原子轨道的竞争性正贡献和d-轨道的负贡献。此外，我们发现d对称性的贡献导致了一种新的机制，空穴-核自旋翻转，这可能在空穴自旋退相干中发挥重要作用。此外，测得的超精细常数，使一个从根本上新的方法来验证计算布洛赫波函数在半导体纳米结构的核附近。
2012-10-03 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction mediated exciton spin relaxation in (In,Ga)As quantum dots
利用双色泵浦-探测光谱研究了（In，Ga）As/GaAs量子点中暗激子和亮激子在外加磁场中的布居动力学。在法拉第几何中施加场并且在T<20 K时，暗激子在十纳秒时间尺度上衰减，除非磁场诱导与亮激子状态的共振。在这些交叉点，它们的有效寿命由于电子或空穴的自旋翻转而急剧缩短，通过自旋翻转，暗激子被转换为亮激子。由于准弹性的字符，我们属性的起源，这些翻转超精细相互作用的晶格核。我们比较了激子自旋弛豫时间在两个共振，发现自旋翻转涉及一个电子是大约25倍快于一个空穴。温度的升高导致暗激子寿命的显著的非单调减少。在这里声子介导的自旋翻转由于自旋轨道相互作用逐渐变得更加重要。
2012-05-07 cond-mat.mes-hall
Strong Hyperfine-Induced Modulation of an Optically-Driven Hole Spin in an InAs Quantum Dot
与电子相比，InAs量子点中的空穴具有明显较弱的超精细相互作用，这导致较少的核自旋退相。因此，许多最近的研究表明，核自旋是不重要的空穴自旋动力学相比，电场波动。我们表明，空穴超精细相互作用可以通过核反馈效应对空穴自旋相干测量产生强烈的影响。核极化是通过一个独特的过程产生的，该过程依赖于空穴超精细相互作用的各向异性和核自旋的相干旋进，从而在核旋进频率处产生强调制。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of box-model hyperfine couplings and transport signatures of long-range nuclear-spin coherence in a quantum-dot spin valve
我们从理论上分析了电子通过量子点自旋阀输运引起的相干核自旋动力学。量子点中电子与核自旋之间的超精细相互作用使得从铁磁或半金属注入的自旋极化电子的角动量在有限偏压下转移到核自旋系统。考虑到局部的核自旋退相过程可以防止系统陷入集体暗态，从而允许在长时间限制内建立大的核极化。在达到稳态后，随着核极化被反转，反转电压偏置引起瞬态电流响应。长程核自旋相干导致自旋翻转跃迁率的强烈增强（与核自旋数成正比），并通过类似于超辐射光发射的强烈电流爆发来揭示。到具有非相干自旋翻转的制度的交叉发生在相对长的时间尺度上，在单核自旋退相时间的量级上，其可以比超辐射电流爆发的时间尺度长得多。这一结论通过一般主方程得到了证实。对于两个限制制度（相干/非相干自旋翻转）的一般主方程恢复我们更简单的治疗的基础上速率方程，但也适用于在中间失相。在整个工作中，我们假设均匀的超精细耦合，产生最强的相干增强。我们提出了现实的战略，核壳纳米线的同位素调制和波函数工程的基础上，实现这种解析可解的“盒模型”的超精细耦合。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Hyperfine induced spin and entanglement dynamics in Double Quantum Dots: A homogeneous coupling approach
研究了两个量子点自旋量子比特系统中的超精细诱导电子自旋和纠缠动力学。我们专注于零外部磁场的情况下，集中在近似自由的理论方法。我们给出了均匀超精细耦合常数（所有耦合系数相等）和不同的交换耦合模型的精确解，我们从中获得的动力学。在描述和解释了基本动力学性质之后，根据对短时电子自旋动力学的详细研究结果，计算了退相干时间。计算结果与实验数据吻合较好。
2010-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fully tunable hyperfine interactions of hole spin qubits in Si and Ge quantum dots
空穴自旋量子比特是可扩展量子计算机的前沿平台，但最先进的设备受到来自与核缺陷的超精细相互作用的噪声的影响。我们发现，这些相互作用具有高度可调的各向异性，这是由设备设计和外部电场控制。这种可调谐性使得超精细噪声被抑制了一个数量级并且与同位素纯化的材料相当的最佳点成为可能。我们确定了令人惊讶的简单设计，其中量子位是高度相干的，并且在很大程度上不受电荷和超精细噪声的影响。我们发现，细长量子点典型的大自旋轨道相互作用不仅加快了量子位操作，而且还显着地重新规范化超精细噪声，定性地改变了驱动量子位的动力学，提高了量子位门的保真度。我们的研究结果可以作为设计高性能量子比特以扩大量子计算机的指导方针。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine interaction induced decoherence of electron spins in quantum dots
我们详细调查，使用分析和数值工具，在量子点（QD）耦合到一个浴的核自旋在磁场或不同的初始浴极化的电子自旋的退相干，专注于纵向弛豫在低和中等的字段/极化制度。核自旋池初始极化的增加对退相干过程的影响与外加磁场的增加相同，即退相干动力学从平稳衰减变为阻尼振荡。对于单QD和双QD设置，可以通过实验观察到这种变化。我们的研究结果表明，退相干时间的大幅增加需要非常大的浴极化，和使用其他方法（动态解耦或控制的核自旋分布）可能是更实际的抑制量子点为基础的量子比特的退相干。
2006-11-15 cond-mat.mes-hall
Resolving Spin-Orbit and Hyperfine Mediated Electric Dipole Spin Resonance in a Quantum Dot
研究了单栅量子点中单电子自旋的电操纵。我们观察到，到目前为止被忽视的差异之间的超精细和自旋轨道介导的电偶极子自旋共振条件有重要的后果，在高磁场。在利用绝热快速通过来反演电子自旋的实验中，我们观察到了作为磁场的函数的异常宽且不对称的响应。模拟支持解释的线型在四个不同的共振条件。这些发现可能导致同位素选择性控制量子点中的动态核极化。
2013-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine-interaction limits polarization entanglement of photons from semiconductor quantum dots
本文研究了超精细相互作用对半导体量子点中光子偏振纠缠的限制，推导了纠缠保真度的上限限，并指出自旋噪声是限制纠缠的主导过程，提出了缓解其影响的途径。
2023-04-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron spin decoherence in quantum dots due to interaction with nuclei
研究了孤立量子点中单个电子自旋与原子核的超精细相互作用在小于原子核自旋弛豫时间时的退相干。这种衰减是由点内电子包络波函数的空间变化引起的，从而导致非均匀的超精细耦合。我们计算了有和没有磁场的自旋关联函数，发现自旋进动幅度的衰减不是指数衰减，而是幂（反对数）律。对于全极化核，我们找到了一个精确解，并表明进动幅度和衰变行为可以通过磁场来调节。相应的衰变时间由$\hbar N/A$给出，其中$A$是超精细相互作用常数，$N$是点内的原子核数。由于衰变而达到的岁差幅度是有限的。我们发现，有一个显着的差异之间的退相干时间为一个单一的点和一个合奏的点的失相时间。
2002-01-17 cond-mat.mes-hall
Electron spin relaxation in GaAs quantum dot systems - The role of the hyperfine interaction
本文给出了垂直磁场中单量子点和横向耦合双量子点的电子自旋弛豫速率的数值计算结果。作为自旋弛豫的来源，我们考虑GaAs衬底中与核自旋的超精细相互作用。由于核塞曼能和电子塞曼能的能量标度不同，声子浴系统必须考虑能量耗散。相应的二阶跃迁率显示出强烈的依赖于电子之间的相关性和电子能量差，因此对磁场。对于高度非对称的双点，我们发现在很宽的磁场范围内，电子的二阶自旋弛豫速率相对较低。
2007-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Dephasing and Hyperfine Interaction in Carbon Nanotubes Double Quantum Dots: Disordered Case
本文从理论上研究了半导体碳纳米管（CNTs）中双量子点（DQD）中的\emph{return probability experiment}，用于测量退相时间$T_2^*$.退相是由于与${}^{13}$ C核自旋的超精细相互作用。由于谷自由度和自旋自由度，对于量子点中的任何给定纵模，存在四个束缚态。在零磁场下，自旋-轨道耦合和谷混合将这四个态分裂成两个Kramers双峰。对于一个给定的点的谷混合项是由点内无序，因此在属于不同的点的Kramers双重态是不同的。我们展示了如何非零的单粒子interdot隧穿振幅属于不同的双峰状态之间产生新的避免交叉，作为失谐的函数，在相关的两个粒子的光谱，交叉从两个电子在一个点的状态配置，$(0,2)$，在每个点的配置，$(1,1)$的一个电子。与清洁系统相比，多个朗道-齐纳过程影响每个单次测量的分离和连接阶段，并且它们以强烈依赖于初始状态的方式影响测量结果。我们发现，一个定义明确的返回概率实验实现时，在每个单激发周期，（0，2）基态的准备。在这种情况下，谷混合增加了测量的返回概率的饱和值，而返回到（0，2）基态的概率保持不变。最后，我们研究了高磁场极限下的谷混合效应;对于平行的磁场，预测结果与干净的纳米管一致，而无序效应总是与垂直于纳米管轴的磁场相关。
2012-05-19 cond-mat.mes-hall
Dynamical nuclear spin polarization induced by electronic current through double quantum dots
我们分析了在自旋封锁机制下相干耦合双量子点中电子输运的自旋弛豫。特别是，我们重点关注超精细相互作用作为自旋弛豫机制。我们特别注意了由电子流引起的动态核自旋极化对核环境的影响。讨论了在不同的超精细耦合强度和点间隧穿强度下，电子流和感生核自旋极化随外加磁场的变化规律。我们考虑到，对于每个磁场，所有的超精细介导的自旋弛豫过程来自不同的相反的自旋水平的方法。我们发现，作为外部磁场的函数的电流示出了一个峰值或一个谷，并且从电流谷到电流峰值的行为的过渡是通过减少超精细耦合或通过增加点间隧穿强度获得的。我们给出了一个物理图像之间的相互作用的电子隧穿双量子点和自旋翻转过程由于核环境。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall
Equation-of-motion treatment of hyperfine interaction in a quantum dot
半导体纳米结构中的孤立电子自旋是固态量子计算机中很有希望的量子比特候选者，在过去的两年里，单自旋的研究取得了令人瞩目的实验进展。本文解析求解了量子点中由于与周围原子核的非均匀超精细耦合而引起的{ \it Non-Markovian}单电子自旋动力学。我们使用运动方程方法辅助一个完整的量子力学处理大的领域扩展。我们恢复了完全极化核的精确解。通过考虑由电子介导的虚核自旋触发器，它在Overhauser场（核场）中产生电子自旋的涨落，我们发现部分极化核自旋组态的横向电子自旋关联函数的衰减幅度是单位阶，而不是以前研究中得到的$\text{O}(1/N)$（$N$是点中的核数）.我们发现，完整的振幅衰减可以理解的关联函数的频谱加宽附近的电子自旋拉比频率的核自旋触发器。我们的结果表明，90%的核极化可以提高电子自旋$T_2$时间超过一个数量级的某些参数制度。在较长的时间限制内，在极化核和非极化核的存在下，横向电子自旋关联函数的包络具有非指数的$1/t^2$衰减。
2006-08-24 cond-mat.mes-hall
Selective Dynamic Nuclear Spin Polarization in Spin-Blocked Double-Dot
研究了自旋阻塞双量子点系统中超精细相互作用引起的动态核自旋极化机制。我们计算了超精细跃迁率，并求解了核自旋的主方程。具体来说，我们将由于掺杂引起的局部晶格畸变和应变的核四极耦合的影响。我们的结果表明，由5%的铟替代诱导的核四极耦合可以用来解释最近的实验观察到的自旋阻塞双点中丢失的砷NMR信号。
2004-04-06 cond-mat.mes-hall
Spin-echo dynamics of a heavy hole in a quantum dot
我们发展了一个量子点中重空穴的自旋回波动力学理论，同时考虑了超精细和电场引起的涨落。我们发现，一个温和的应用磁场可以驱动这个系统的运动平均制度，使超精细相互作用无效的退相干源。此外，我们表明，自旋回波包络的衰减是高度敏感的几何形状。特别是，我们找到了一个特定的选择的初始化和π脉冲轴，可用于研究内在的超精细诱导的空穴自旋动力学，即使在系统中大量的电场诱导的退相。这些结果指出了设计空穴自旋量子比特作为电子自旋的鲁棒和长寿命替代品的方法。
2012-12-18 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interactions in silicon quantum dots
本文对Si中传导电子的超精细参数进行了全电子计算，结果表明：（i）所有参数都与$^{29}$ Si位的自旋密度成线性关系，（ii）各向同性项比各向异性项大30倍以上，（iii）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致，（iv）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致。（iv）天然Si量子点（QD）中的Overhauser场比GaAs QD中的小两个数量级。这增强了Si在保持自旋相干性方面的出色性能，并为自旋电子学应用提供了可靠的定量信息。
2011-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Homogeneous Linewidth Narrowing of the Charged Exciton via Nuclear Spin Screening in an InAs/GaAs Quantum Dot Ensemble
在半导体量子点中，电子与核自旋池的超精细相互作用是低温下自旋退相干的主要来源。使用高分辨率双色差分透射光谱，我们证明，这种电子-核耦合也施加了一个下限的正电荷激子退相速率，γ，在一个系综的InAs/GaAs量子点。我们发现，失相速率是敏感的超精细相互作用，这可以通过在法拉第配置的外部磁场的应用程序的强度进行控制。在零外加电场下，强的电子-核耦合引起了超过辐射极限的额外退相，γ= 230 MHz（0.95 μeV）。在~1 T的外场下实现了对超精细相互作用的屏蔽，导致γ= 172 MHz（0.71 μeV）仅受自发复合的限制。另一方面，Voigt磁场的应用混合自旋本征态，这将退相速率增加高达75%。这些结果是用一个简单而直观的模型再现的，该模型捕捉了电子超精细相互作用的基本特征及其对γ的影响。
2014-09-29 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-phonon spin relaxation in a single-electron GaAs quantum dot
理解和控制自旋弛豫时间$T_1$是基于自旋的量子位的关键挑战之一。通常倾向于更大的$T_1$，为量子位相干性和自旋读出保真度设置基本上限。在低温和高面内磁场$B$下，GaAs量子点的自旋弛豫依赖于声子发射和自旋轨道耦合。特性依赖性$T_1 \propto B^{-5}$和明显的$B$ -场各向异性已经实验证实。然而，15年前也有人预测，在足够低的磁场下，自旋-轨道相互作用被与核自旋的耦合所取代，其中弛豫变为各向同性，并且标度变为$T_1 \propto B^{-3}$。我们建立这些预测实验，通过测量$T_1$在一个前所未有的范围内的磁场-通过较低的温度成为可能-并报告了最大的$T_1 = 57\pm15$ s在最低的领域，设置一个新的记录，电子自旋寿命的纳米结构。
2017-11-04 cond-mat.mes-hall
Nuclear spin induced oscillatory current in spin-blocked quantum dots
研究了GaAs基双量子点中电子自旋与核自旋的超精细耦合，在自旋封锁区，电子的传导主要被泡利效应所阻断，除非双量子点中的电子自旋状态发生改变.流过双点的电流示出了在一定的DC磁场范围内具有长达200秒的周期的时间依赖性振荡。振荡行为显着减少的应用程序的交流磁场的频率可以诱导核磁共振为71 Ga和69 Ga，分别。提出了一种可能的核自旋极化机制，由于超精细触发器散射。
2003-09-02 cond-mat.mes-hall
Hysteretic behavior in weakly coupled double-dot transport in the spin blockade regime
双量子点系统中的自旋封锁制度表现出泄漏电流，已被归因于超精细相互作用。我们模型弱耦合双点运输使用速率方程的方法，占超精细触发器转换。速率方程使我们能够获得自洽的时间演化的电子电荷的职业和在每个点的核极化。我们分析了自旋阻塞区的电流作为磁场的函数，并观察到对应于三重态和单重态之间交叉的场的滞后行为。
2007-12-25 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction in InAs/GaAs self-assembled quantum dots : dynamical nuclear polarization versus spin relaxation
研究了超精细相互作用对自组装InAs/GaAs量子点中单电荷激子X+和X-光学取向的影响。所有测量都是在低温下通过显微光致发光研究的单个量子点上进行的。我们表明，超精细相互作用导致一个有效的部分自旋弛豫，在50 kHz调制激发极化，但由于动态核极化在稳定的光泵浦条件下，这成为强烈抑制。这种光学产生的类磁核场在与纵向施加场相反的方向上产生时可以变得非常强（高达~4 T），并且然后表现出双稳态状态。这种效果是很好地描述了一个理论模型，在微扰的方法，它揭示了电子自旋翻转的能量成本在总磁场中发挥的关键作用。最后，我们强调了X+和X-三重离子在超精细相互作用方面的异同，这与理论描述是完全一致的。
2009-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Qubit protection in nuclear-spin quantum dot memories
我们提出了一种机制来保护存储在半导体量子点中的核自旋系综中的量子信息。当点带电时，原子核通过超精细耦合与多余电子的自旋相互作用。如果使这种耦合非谐振，则它导致集体存储状态和所有其它状态之间的能隙。我们发现，能隙保护量子存储器从本地自旋翻转和自旋退相噪声。讨论了非理想初始自旋极化和非均匀超精细耦合的影响。
2009-02-26 cond-mat.mes-hall
Hyperfine induced electron spin and entanglement dynamics in double quantum dots: The case of separate baths
我们考虑了零磁场中两个强耦合的电子自旋系统，每个电子自旋通过超精细相互作用与一个单独的核自旋池相互作用。应用Europys中引入的长自旋近似（LSA）。Lett. 95，47009（这里每个浴由单个长自旋代替），我们数值研究了电子自旋和纠缠动力学。我们证明了退相干时间是缩放浴大小根据幂律。正如预期的那样，动力学的衰减部分随着浴极化的增加而减小。然而，令人惊讶的是，在某些情况下，将不同几何形状的量子点组合到双点设置中对自旋衰减的幅度具有非常相似的影响。最后，我们表明，即使是一个相对较弱的交换耦合的电子自旋可以完全纠缠。
2012-07-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Manifestations of the hyperfine interaction between electron and nuclear spins in singly-charged (In,Ga)As/GaAs quantum dots
利用偏振泵浦探测和光致发光光谱技术研究了带负电荷的（In，Ga）As/GaAs量子点中的核自旋涨落（NSF）和动态核极化（DNP）及其对电子自旋的影响.在低激励功率下，NSF的有效磁场约为30 mT。在具有周期性交替螺旋度的圆偏振光的强光激发下，NSF分布变得高度各向异性。这种现象是由于与极化电子自旋的超精细相互作用导致核自旋熵的降低。DNP限于小值，用于强烈但短的光激发。
2008-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Electrically-Driven Reverse Overhauser Pumping of Nuclear Spins in Quantum Dots
我们提出了一种新的机制极化核自旋量子点，基于周期性调制的超精细耦合的电子自旋共振频率的电驱动。动态核极化的结果从共振激发，而不是超精细弛豫介导的热浴，因此是不受奥弗豪泽一样的细致平衡约束。这使得偏振方向与奥佛豪泽效应所预期的方向相反。电驱动和浴辅助机制的竞争可以在小于点中的电子限制半径的尺度上引起空间调制和极化的符号反转。讨论了GaAs量子点中观察到的反向欧沃豪泽极化的关系。
2007-10-04 cond-mat.mes-hall
