Strain effects on optical properties of tetrapod-shaped CdTe/CdS core-shell nanocrystals
采用基于单带有效质量近似的组态相互作用哈密顿量对角化方法，对应变CdTe/CdS核壳四脚形纳米晶的激子态进行了理论研究.我们发现，列入应变促进II型的性质，限制在非相邻区域的电子和空穴。这种载流子分离比II型球形纳米晶体更有效。应变导致最低激子能量的小的蓝移。其幅度小于壳层厚度增加引起的红移。此外，较大的臂直径减小了壳层厚度和应变对激子能量的影响。考虑到对称性破缺，揭示了一个随机诱导的载流子分离，这是独特的分支核壳结构。计算的壳层厚度依赖的发射能量与现有的实验数据吻合得很好。
2014-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain tunability of electron and hole g-factors in CsPb$X_3$: bulk and nanocrystals
Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）
本文通过18带k·p模型和线性响应理论，研究了CsPbX3体相和纳米晶中电子与空穴g因子对应变的响应，发现体相g因子可大范围调谐甚至过零，而纳米晶因量子限域对应变不敏感。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An algorithm for Bragg coherent X-ray diffractive imaging of highly strained nanocrystals
通过使用相位恢复，布拉格相干衍射成像（BCDI）允许跟踪单个纳米晶体内部的三维位移场。然而，在存在显著（1%和更高）应变的情况下，例如在结构相变过程中，由于布拉格峰失真而失效。在这里，我们提出了一种先进的BCDI算法，使成像三维应变场在高度应变晶体。我们测试的粒子模拟进行结构相变的算法。虽然传统的算法无法明确重建的相位形态，我们的算法正确地检索形态的共存相位的应变差为1%。关键的新颖性是通过相变在快照处同时重建相同纳米颗粒的多个扫描。该算法能够在工作条件下（operando）可视化锂离子、钠离子纳米颗粒和其他纳米颗粒材料的纳米颗粒中的相变。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterization of amorphous and crystalline silicon nanoclusters in ultra thin silica layers
利用透射电子显微镜（TEM）、能量过滤透射电子显微镜（EFTEM）和二次离子质谱（SIMS）研究了不同制备条件和硅浓度（28 - 70面积%）下硅纳米晶的成核和结构。在通过硅的快速热氧化（RTO）制备的3 nm SiO $_2$层上溅射10 nm厚的富硅氧化物的高温热处理之后形成纳米晶体。当过量硅浓度超过50面积%时，纳米晶体沉淀。在TEM中对样品进行的原位热处理表明，结晶需要高于800 $^o$ C的温度。纳米晶体在4 nm波段沉淀，距离Si衬底5 nm，距离SiO $_2$样品表面4 nm。硅在过量Si浓度最高的地方成核。由于在退火期间与来自环境的氧反应，顶表面具有较少的过量Si。由于Si从SiO $_2$ -Si层扩散到RTO中，SiO $_2$ -RTO层更富含Si。在直径为4-10 nm的纳米晶体中发现了孪晶和层错。这些类型的缺陷可能对材料在电子器件中的可用性具有很大的影响。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）观察发现，纳米晶中存在单孪晶和双孪晶晶界。为了获得更多关于缺陷和纳米晶体的信息，进行了图像模拟。层错是外在的，位于孪晶界。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of oxygen adsorption and oxidation on the strain state of Pd nanocrystals
利用同步辐射光源的X-射线粉末衍射研究表明，氧化后钯纳米立方体的形貌和应变状态都发生了显著的变化。观察到由德拜-沃勒系数的静态分量测量的短程应变在氧化的纳米颗粒中更高;而与衍射峰的线加宽相关的长程应变被认为减少。使用多尺度模拟与经典分子动力学和密度泛函理论，我们连接的减少在长程应变的氧化纳米立方体的截断增加，而较高的短程应变被证明是由于表面软化从氧吸附。在不同的晶体学刻面上的不同的表面无序导致在截短的纳米颗粒的不同暴露表面上的氧活化的相反趋势。
2020-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From nanoparticles to nanocrystalline bulk: Field assisted sintering of silicon nanoparticles
纳米晶体块体材料对于许多应用是期望的，因为它们结合了机械强度和特定的电子传输性质。我们自下而上的方法从定制的纳米颗粒开始。压实和热处理是至关重要的，但通常最后阶段烧结伴随着快速晶粒生长，这破坏了纳米结晶。对于导电纳米颗粒，场激活烧结技术克服了这个问题。尽管有固结，但仍保持了小粒度。然而，具有高度实际影响的基本原则尚未得到充分阐明。在这个结合实验和理论的工作，我们展示了如何在烧结过程中发展的微观结构相关的电流通过粉末使用高掺杂的硅纳米粒子作为模型系统的渗流路径。可以获得纳米晶块体材料和均匀的微观结构。为此，不仅需要由于压实而产生电流路径，而且需要由于焦耳加热而产生衰变。在微米尺度上观察到的密度波动归因于模拟粉末网络的比热分布。
2011-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of silicon nanocrystals using sequential Au ion implantation
硅纳米晶体是使用两阶段的金离子注入技术。使用低能量离子的第一阶段注入导致非晶Si（a-Si）层的形成。随后的高能量金照射在第二阶段中被发现产生应变硅NC。可以看出，在低至500 $^o$ C的温度下的退火导致显示量子限制效应的无应变NC。较高温度退火的样品被发现，从a-Si矩阵的再结晶导致尺寸的增长。利用拉曼散射、X射线衍射（XRD）和卢瑟福背散射光谱（RBS）研究了退火对样品的影响以及纳米硅的尺寸。这些数据可以很好地解释使用声子禁闭模型与一个非常窄的尺寸分布。XRD结果与Raman分析一致。
2013-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence decay of silicon nanocrystals and Lévy stable distributions
最近的实验表明，硅纳米晶体的光致发光衰减可以用拉伸指数函数来描述。我们在这里表明，相关的衰变概率率是单侧Levy稳定分布，很好地描述了实验数据。这些结论的相关性的基本随机过程进行了讨论的Levy过程。
2014-06-09 cond-mat.mes-hall
Phenomenological theory of optical broadening in zero-dimensional systems applied to silicon nanocrystals
我们发展了一个零维系统非均匀加宽的唯象理论，并将其应用于研究在氦气和室温下测量的硅纳米晶体的光致发光（PL）光谱。所提出的方法使我们能够解释实验观察到的PL峰的不对称性，其最大值的峰宽的线性依赖性和异常的光谱特性随温度的升高而改变。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall
Light emission from silicon with tin-containing nanocrystals
通过生长Si_{1-x-y} Sn_{x} C_{y}（其中x = 1.6%且y = 0.04%）的外延层，随后在650至900 ℃范围内的各种温度下退火来制造嵌入硅中的含锡纳米晶体。通过扫描透射电子显微镜测定的纳米颗粒密度和平均直径分别为~ 10^{17} cm^{-3}和~ 5 nm。光致发光光谱表明，在725摄氏度退火的样品的光发射是非常明显的，卢瑟福背散射光谱表明，纳米晶体主要是在金刚石结构相在这个特定的退火温度。讨论了光发射的起源。
2015-07-27 cond-mat.mes-hall
Anomalous temperature dependence of the the spin-flip thermalization time between the dark and bright exciton states in silicon nanocrystals
用时间分辨荧光光谱研究了硅纳米晶。激光激发后，亮和暗激子基态能级随机分布，但随后的衰减曲线显示这些能级之间的热化。特征热化时间被发现是约100 ns的温度低于100 K，并令人惊讶地增加更高的温度。使用一个简单的两态模型的明亮和黑暗的激子基态的衰减曲线进行了分析。
2009-09-10 cond-mat.mes-hall
Computational study of radiative rate in silicon nanocrystals: Role of electronegative ligands and tensile strain
人们普遍认为，大多数半导体纳米晶体的性质可以通过它们的核尺寸、形状和材料来调节。在诸如硅、锗或碳的共价半导体材料中，也可以通过表面配体实现性质的一定程度的可调谐性。特别地，在这样的核的表面上的共价键合的配体物质（i）通过轨道离域对核的状态密度有贡献;（ii）可能通过配体-配体空间位阻引入应变，以及（iii）将引起电荷从核转移/转移到核。在这项工作中，我们研究了所有这些影响硅纳米晶体（SiNC）。我们用密度泛函理论（DFT）模拟分析了几何优化的~ 2 nm SiNCs与电负性有机配体。我们发现，电负性的烷基和氟碳化合物的辐射率提高相对于预期的量子限制效应，而带隙保持不变。此外，我们表明，由配位体的空间位阻引起的拉伸应变是不利的速率提高，相反的压力电池中诱导的更均匀的拉伸应变的积极影响。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall
Optical absorption and emission of silicon nanocrystals: From single to collective response
我们报告的可能性，描述的硅纳米晶体（NC）与现实的分布在NC尺寸的合奏的吸收和发射特性，由单个NC的responses的总和。通过从头算理论计算评价各个NC响应，并且通过考虑作为NC尺寸和氧化程度的函数的光学性质的趋势来进行求和。与实验结果的比较表明，一个很好的匹配的光谱，也没有任何调整的参数。最后，适应模型，以重现实验数据的可能性进行了探索和讨论。
2013-06-12 cond-mat.mes-hall
Hybrid superconductor-semiconductor devices made from self-assembled SiGe nanocrystals on silicon
锗在硅上的外延生长通过允许控制纳米晶体的尺寸、组成和位置的工艺导致SiGe纳米晶体的自组装。这种控制水平，加上与硅技术的固有兼容性，可以证明在纳米电子应用中是有用的。在这里，我们报告的量子点设备直接接触个别硅锗纳米晶体与铝电极，和生产的混合超导半导体器件，如共振超导晶体管，当点强耦合到电极的孔的限制。弱耦合量子点上的电荷输运测量揭示了离散的能谱，其中受限空穴态显示出各向异性的旋磁因子和强的自旋轨道耦合强度，具有明显的栅极电压和磁场依赖性。
2010-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Local field corrections to the spontaneous emission in arrays of Si nanocrystals
本文提出了一种局域场对二氧化硅中硅纳米晶阵列的自发发射率的修正理论。给出了Purcell因子的解析结果。我们证明，局部场校正对样品中纳米晶体的体积填充因子敏感，并且在填充因子值较大时会受到抑制。局域场校正和光子态密度被证明是由两个不同的有效介电常数：谐振子和矩阵介电常数和麦克斯韦-加内特介电常数之间的调和平均值。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Stark effect, polarizability and electroabsorption in silicon nanocrystals
与其他材料不同，在氧化物中嵌入的硅纳米晶体（NC）中证明量子限制斯塔克效应（QCSE）是相当难以捉摸的。在这里，最近的实验数据，从离子注入硅纳米粒子的QCSE使用原子赝势理论的背景下明确地解释。这进一步揭示了大部分斯塔克位移来自价态，其经历能级交叉，导致相对于所施加的场的非单调辐射复合行为。在2.5- 6.5 nm的直径范围内提取包括激子效应的嵌入式Si NC的极化率，其显示立方标度$α=c D^3$，具有$c=2.436\times 10^{-11}$ C/（Vm），其中$D$是NC直径。最后，基于带内电吸收分析，预测p型掺杂的Si纳米碳将显示出显著的电压可调谐性，而n型掺杂的样品应该几乎不敏感。鉴于体硅作为中心对称晶体缺乏线性电光效应的事实，这可能为使用p型掺杂Si NC的电调制提供了一种可行的替代方案。
2010-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
In Situ Imaging of the Conducting Filament in a Silicon Oxide Resistive Switch
许多阻变系统中导电细丝的性质一直是难以捉摸的。通过原位透射电子显微镜，我们图像的实时形成和演变的灯丝在硅氧化物电阻开关。电铸过程中发现，涉及局部富集的硅从氧化硅基质。观察到半金属硅纳米晶体与传统的金刚石立方体形式的硅的结构变化，这可能占在灯丝的传导。响应于不同的电刺激的硅纳米晶体的生长和收缩显示在硅形式的能量上可行的过渡过程，提供证据的开关机制。这项研究还提供了对氧化硅层电击穿过程的见解，氧化硅层在许多电子设备中无处不在。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Systematic spatial and stoichiometric screening towards understanding the surface of ultrasmall oxygenated silicon nanocrystal
在大多数现实的从头算和模型计算已经出现的光从Si纳米晶体的发射，表面氧的作用通常被忽略，低估或完全排除。我们从理论上，通过密度泛函理论（DFT/B3 LYP）的氢封端的硅量子点作为一个代表性的情况下，Si 29量子点的氧键合的可能模式进行了研究。我们考虑了桥键氧（BBO）、双键氧（DBO）、羟基（OH）以及这些氧化剂的混合物。由于化学计量，所有进行的比较是无偏的组合物，而氧物种的空间分布指出了急剧变化的电子和凝聚力的纳米晶体的特性。从本研究的整体角度来看，它表明，桥键合的含氧纳米晶体伴随着混合物具有更高的结合能和大的电子间隙相比，与双键氧原子的纳米晶体。此外，观察到OH与BBO、DBO和混合构型一起的存在进一步降低了电子能隙和结合能以及趋势。研究还表明，氧化组分除了其空间分布外，还显著改变了结合能和最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）间隙（HOMO-LUMO间隙高达1.48 eV）。
2016-04-12 cond-mat.mes-hall
Carrier Transport in Heterojunction Nanocrystals Under Strain
我们提出了一个理论，在半导体纳米异质结构，强调在两个不同的晶体结构之间的界面处的应变的影响，载流子输运。一个完全可解的模型表明，界面区域，或结，作为一个散射电位，促进电荷分离，但也支持绑定界面状态。作为一个案例研究，我们模型的II型CdS/ZnSe异质结。在提出一个类似于模型分子电导计算的理论后，我们计算了稳态下通过结的电子和空穴光电流和电导，包括非线性效应。
2011-10-11 cond-mat.mes-hall
A Silicon Nanocrystal Tunnel Field Effect Transistor
在这项工作中，我们演示了硅双极场效应晶体管（ncFET）。其操作类似于具有串联的两个势垒的隧穿场效应晶体管（TFET）的操作。隧穿势垒层制作在非常薄的二氧化硅中，沟道制作在本征多晶硅中。没有掺杂消除了在结处实现尖锐掺杂分布的问题，这已经被证明是大规模集成的挑战，并且原则上允许按比例缩小原子级。所展示的ncFET在室温下具有10 $^4$的开/关电流比，在0.5 V偏压下具有低30 pA/ $μ$ m的漏电流，与典型的全硅TFT相当的通态电流和具有高对称性的双极操作。量子点输运光谱用于评估硅岛的能带结构和能级。
2014-05-19 cond-mat.mes-hall
An silicon nanocrystal laser
硅激光器是单片集成硅光子学中最具挑战性的器件。在这里，我们报告了第一个成功的全硅激光器在室温下基于硅纳米晶体（Si NC）具有高的光学增益。活性Si NC层由氢倍半硅氧烷（HSQ）制成，该氢倍半硅氧烷（HSQ）已经经历相分离退火，然后进行高压氢钝化。利用纳米压印技术在有源层上制作了二阶布拉格光栅作为分布反馈（DFB）激光腔。利用飞秒激光脉冲对该器件进行光泵浦。激光作用的标准，即，明显实现了阈值效应、偏振依赖性和受激发射的显著光谱窄化，标志着全硅激光器的实现。
2017-09-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Local-fields and disorder effects in free-standing and embedded Si nanocrystallites
通过从头算方法分析了嵌入在SiO2基质中的32个原子的Si纳米微晶（NC），结晶和非晶，或独立的钝化和应变的不同条件的情况下的案例研究。Si 32/SiO2异质结显示了I型带偏移，突出了NC加上界面和周围基质之间的分离。这种分离的后果是正确地再现组成系统的低能量电子和光学性质的可能性，简单地研究悬浮NC加界面氧与适当的应变。此外，通过定义的光吸收阈值，我们发现，除了量子限制的趋势，非晶化引入了一个额外的红移，增加NC尺寸：即间隙往往更快的散装限制。最后，重要的变化，在计算的DFT-RPA光学光谱时，包括当地的领域指向需要适当的处理的光学响应的界面区域。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier Transport in Films of Alkyl-Ligand-Terminated Silicon Nanocrystals
硅纳米晶在电致发光和光致发光领域有着广阔的应用前景。然而，为了优化Si NC器件的性能，需要彻底了解Si NC薄膜中的电子输运。在这里，我们提出了一个系统的研究的温度和电场的烷基配体封端的硅纳米碳，迄今已显示出最高的潜在设备应用的薄膜中的电导率的依赖性。我们的测量结果表明，导电性是有限的电离的稀有NC含有施主杂质。在低偏压下，该电离被热激活，其中电离能等于NC充电能的两倍。当偏压增加时，电离能被电场降低，如通过普尔-弗伦克尔效应所确定的。在大的偏压和足够低的温度下，我们观察到冷电离的电子从施主含NC，具有约1 nm的特征隧穿长度。温度和电场依赖的电导测量提供了一个系统的和全面的图片电子输运轻掺杂的SiO2薄膜。
2014-08-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Localized State-Induced Enhanced Intrinsic Phonon-Free Optical Transition in Silicon Nanocrystals
硅的光致发光和激光发射一直是突破发光机理研究瓶颈的关键问题。不幸的是，关于激子复合机制和荧光寿命的长期争议仍然没有解决，特别是关于硅纳米晶体（Si NCs）是否可以实现快速的直接带隙式光学跃迁。本文利用基态和激发态密度泛函理论（DFT）计算了Si 22 ~ Si 705纳米晶的本征无声子光跃迁，表明很小的Si纳米晶可以实现很强的直接光跃迁.轨道标记的结果表明，这种快速跃迁不是由类Γ-类Γ跃迁引起的，与有效质量近似（EMA）的结论相反，而且是由类Γ-X混合引起的准直接带隙.这种反常的转变随着尺寸的减小（或量子限制的增强）而特别强烈。通过研究光跃迁过程中产生的电子和空穴分布，提出了硅纳米晶中的局域态诱导增强发射（LIEE）。量子限制（QC）通过将布洛赫波局部化到NC核心中来扭曲激发态电子的空间分布，导致空穴和电子重叠增加，从而诱导快速光学过程。本工作解决了一些重要的争论，提出了LIEE理论来解释反常发光现象--从弱（或无）发光态到强发光态的相变，这将有助于实现高辐射率的纳米材料和应用级硅激光器。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall
Ultra-Thin Free-Standing Single Crystalline Silicon Membranes With Strain Control
我们报告的超薄悬浮单晶平板硅膜的厚度下降到6 nm的制造和表征。我们已经开发了一种方法来控制在硅膜周边增加一个应变补偿框架，以避免屈曲的释放膜的膜中的应变。我们表明，通过改变框架的属性的膜的应变可以调整以受控的方式。因此，机械性能和能带结构都可以被设计，并且所得的膜提供了一个独特的实验室来研究低维电子、光子和声子现象。
2013-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of strain on the thermoelectric properties of silicon: An ab initio study
基于详细的第一性原理计算，研究了双轴应变硅的各向异性热电输运性质，重点研究了功率因数的可能提高。电子以及空穴掺杂进行了检查，在一个广泛的掺杂和温度范围。在低温和低掺杂制度的增强的功率因数得到的压缩和拉伸应变的电子掺杂的情况下，在空穴掺杂的情况下，压缩应变。在热电更重要的高温和高掺杂区域中，仅在小的双向拉伸应变下，空穴掺杂情况下发现功率因子略有增强。从能带结构效应的角度讨论了结果。提出了一个分析模型，以理解这样一个事实，即热电势下降，如果简并带被大力提升，由于应变引起的状态的重新分布。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the plasmon resonance of metallic tin nanocrystals in Si-based materials
研究了金属锡纳米粒子嵌入硅基基质材料的光学性质。采用射频磁控溅射法制备含有纳米颗粒的薄膜，然后进行非原位热处理。用透射电子显微镜测定了纳米粒子的形状和尺寸分布，发现纳米粒子都是球形的金属锡粒子，当以SiO2和非晶硅为主体材料时，观察到纳米粒子中存在局域表面等离子体共振。光学光谱显示，局部表面等离子体共振是在约5.5 eV的锡纳米粒子在SiO2，在约2.5 eV的非晶硅。SiO2中的锡纳米颗粒的尺寸可以通过改变薄膜的锡含量来改变;这被用来调节局部表面等离子体共振。
2010-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reversible Modulation of Spontaneous Emission by Strain in Silicon Nanowires
我们计算研究了单轴应变对硅纳米线中光子自发发射的调制作用。我们的主要发现是，由于两种不同的机制，自发发射时间发生一到两个数量级的变化：（A）波函数对称性的变化，其中在直接带隙范围内，应变改变了波函数的对称性，这反过来又导致光学偶极矩阵元的大的变化。(B)直接到间接的带隙跃迁，使自发光子发射是一个由声子介导的缓慢的二阶过程。这一特征独特地发生在硅纳米线中，而在体硅中，在任何合理量的应变下光学性质都没有变化。这些结果预示着硅纳米线作为包括激光机制的光电子器件的新应用。我们的结果是可验证的，使用现有的实验技术施加应变纳米线。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall
Role of strain in interacting silicon nanoclusters
控制相邻硅纳米团簇（Si-NC）之间的光学跃迁几率的可能性构成了当今纳米光子学和光子学的一个有吸引力的前景。在这项工作中，通过理论从头计算，我们研究了应变对硅纳米碳对的光电性能的影响。我们考虑两个来源的应变：嵌入SiO2矩阵引起的应变，和相互NC-NC力发生在小距离处产生的应变。独立于其来源，我们观察到的应变的轨道本地化的根本影响，因此，在能量状态之间的跃迁概率，属于或不属于相同的NC。由此产生的图片分配到结构应变的NC-NC相互作用机制中的一个基本作用，这表明使应变控制的响应在Si-NC系综的可能性。
2013-06-12 cond-mat.mes-hall
Tuning optical properties of Ge nanocrystals by Si shell
我们提出了一个理论研究的Ge核/Si壳纳米晶体在一个宽带隙矩阵和比较的结果与实验数据从共溅射制备的样品。经验紧束缚技术使我们能够在原子水平上解释应变下的电子结构。我们发现，作为一个单层厚的硅壳层是足够的，以减少由于谷$L - X$交叉的辐射复合率。薄的硅壳层使得可见光到近红外波段的光学带隙显著减小，这在光电子学和光电探测器应用中是有希望的。我们的详细分析的结构中的限制的电子和空穴的状态在真实的和倒易的空间表明，II型异质结尚未实现的厚度低于0.8 nm的硅壳，尽管一些早期的理论预测。空穴的能级受Si壳层的影响强于电子态，即使空穴完全被限制在Ge核中。这可能是由于应变对带偏移的强烈影响。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall
Quantum entanglement and spin control in silicon nanocrystal
选择性的相干控制和电介导的交换耦合的三重态和单重态之间的单电子自旋的质子脉冲的数值导出的最佳控制演示。我们得到了质子自旋链半高宽在玻尔半径以下的空间限制。通过质子诱导发射和能壳层布居的控制，分析了纯29 Si单晶中单个自旋的精确操纵和电子自旋态的极化。为了避免横向激发，在29 Si轴向通道排列的横向和角相空间中映射了通道质子轨道的纠缠量子态。通过离散对角元和最近的非对角元，在单粒子密度矩阵中表征了质子密度和质子能量作为碰撞参量的函数。我们结合高场和低密度（1 MeV/92 nm），通过将超极化质子自旋链与29 Si的电子自旋叠加，产生了不可分离的量子态。采用质子运动方程的数值解，通过蒙特卡罗模拟方法对态密度（DOS）进行量子离散化。通过连续调制单个自旋的相位和振幅，得到高斯相干态的分布。获得的结果允许精确的工程和忠实的自旋状态映射。这将为可扩展的量子通信网络提供有效的量子密钥分发（QKD）和量子信息在量子存储中心之间的远程传输。此外，所获得的结果给出的见解，在应用中的通道质子亚原子显微镜作为一个完整的多功能的扫描探针系统，能够量子工程的带电粒子状态和表征的量子态低于衍射极限的线性和深入的分辨率。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Strain effects in phosphorous bound exciton transitions in silicon
硅中的施主自旋态是量子信息处理的一个有希望的候选者。一种可能的供体自旋读出机制是束缚激子跃迁，其可以被光学激发并在其衰减时产生电信号。这种转变已经被广泛研究，但为了扩大到本地化的自旋读出，需要微制造的结构进行检测。由于这些电极将不可避免地导致硅晶格中的应变，因此了解应变如何影响激子跃迁至关重要。在这里，我们研究了硅中的磷施主束缚激子跃迁使用混合电光读出与微加工电极。我们观察到一个显着的零场分裂以及混合的空穴状态由于应变。我们可以模拟这些效应，假设已知的不对称性的孔g因子和Pikus-Bir哈密顿描述的应变。此外，我们描述了温度，激光功率和光的偏振依赖性的转变。重要的是，空穴混合不应阻止施主电子自旋读出，并且使用我们测量的参数和数值模拟，我们预计绝缘体上硅平台中的混合自旋读出应该是可能的，从而允许集成到硅光子平台。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall
Photo absorption enhancement in strained silicon nanowires: An atomistic study
采用半经验$sp^{3}d^{5}s^{*}$紧束缚（TB）和密度泛函理论（DFT）方法计算了硅纳米线（SiNW）的吸收光谱.讨论了直径、波函数对称性、应变和晶体学方向对吸收的影响。我们发现，压缩应变可以改变超过一个数量级的带边吸收由于改变波函数对称性。此外，相对于纳米线轴的光子偏振显著地改变了带边吸收。总的来说，[110]和[100]硅纳米线的带边吸收可以相差多达三个数量级。我们发现，与体硅相比，应变硅纳米线阵列可以更好地吸收红外光子（1.1 eV）约一百倍。最后，我们比较了一个完全数值和计算效率高的半解析方法，并发现它们都产生令人满意的值的带边吸收。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall
Valley splitting by extended zone effective mass approximation incorporating strain in silicon
针对SIMOX SOI衬底上硅MOSFET经高温退火后出现大谷劈裂的未知来源，本文基于扩展区有效质量近似分析，提出BOX界面附近约5%的<110>剪切应变是其主要成因。
2023-09-11 cond-mat.mes-hall
Valley population of donor states in highly strained silicon
应变被广泛用于可控地调整材料的电子特性。在间接带隙半导体（如硅）的背景下，应变提升了六个导带最小值的谷简并性，并通过扩展提升了与磷供体结合的电子的谷态。在这里，单个磷原子被嵌入到应变到0.8%的硅的工程薄层中，并且它们的波函数使用空间分辨光谱成像。从真实空间图像中确认了平面外谷的普遍性，并且使用理论建模工具的组合来评估这种谷再布居效应如何在与原子精确供体量子位器件相关的$xy$平面中产生各向同性交换和隧道相互作用。最后，剩余存在的面内谷证明了实验和理论图像的傅立叶分析，和原子计算突出了更高的轨道激发态，以获得谷人口和应变之间的精确关系的重要性。控制工程应变外延层中的谷自由度为硅中基于施主的量子技术的发展提供了新的竞争优势。
2021-09-17 cond-mat.mes-hall
Linear hyperfine tuning of donor spins in silicon using hydrostatic strain
我们的实验研究的耦合硅中的V族施主自旋的机械应变，并测量应变引起的频率偏移是线性的应变，在对比的二次依赖预测的谷再布居模型（VRM），因此数量级大于预测的VRM为小应变$|\varepsilon| < 10^{-5}$。通过紧束缚和第一性原理计算，我们发现，这些变化产生于线性调谐的捐助者超精细相互作用项的流体静力学应变分量，并实现半定量的协议与实验值。我们的研究结果为定量预测硅纳米结构中的施主自旋提供了一个框架，例如用于开发硅基量子处理器和存储器的那些。我们测量的强自旋-应变耦合（高达150 GHz每应变，为Si中的Bi施主），提供了一种施主自旋调谐的方法-在一个线宽上用$10^{-6}$级的流体静力学应变移动Bi施主电子自旋-以及耦合到机械谐振器的机会。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Donor-bound-exciton strain microscopy in silicon devices
本文研究了硅器件中施主束缚激子跃迁对应力的响应，通过微加工器件上的局部光电导检测和扫描显微技术实现了从10 μeV到200 μeV的应变峰分裂测量，验证了其用于原位应力传感和小型化检测的可行性。
2024-08-30 cond-mat.mes-hall
Reducing strain in heterogeneous quantum devices using atomic layer deposition
我们研究了使用原子层沉积（ALD）产生的介电层作为一种方法，在复合硅/超导体器件在低温下工作的应变缓解。我们发现，除了ALD层的作用，以减少应变的自旋最接近硅/超导体界面应变最高。我们表明，适当地偏置我们的设备在硅中的铋施主的超精细时钟跃迁，我们可以消除应变展宽，并在这些天然硅器件中添加ALD层留下$T_2$（或时间不均匀性）不变。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Valley-Free Silicon Fins Caused by Shear Strain
本文提出利用大剪切应变的CMOS兼容硅鳍场效应晶体管设计，完全消除谷自由度，将非计算态能隙提高一个数量级以上，为硅基大规模量子处理器提供新思路。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall
Strain engineering of the silicon-vacancy center in diamond
利用纳米机电系统改变金刚石中硅空位色心的静态应变环境，从而控制其电子结构。这允许在宽范围内确定性和局部调谐SiV光学和自旋跃迁频率，这是迈向多量子位网络的重要一步。在这个过程中，我们推断的应变哈密顿的SiV揭示大的应变极化率的顺序1 PHz/应变的电子轨道状态。我们确定制度的自旋-轨道相互作用的结果在一个大的应变suspeptibility为100太赫兹/应变自旋跃迁，并提出了一个实验中的SiV自旋强烈耦合到纳米机械谐振器。
2018-01-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strain-induced spin resonance shifts in silicon devices
在基于自旋的量子信息处理设备中，控制和检测电路的存在可以通过引入应变和电场来改变自旋的局部环境，从而改变其谐振频率。这些共振位移与固有自旋线宽相比可能很大，因此研究，理解和建模这些效应以便更好地预测器件性能非常重要。在这里，我们研究的样品铋施主自旋注入在硅片上，在其上的超导铝微谐振器已被制作。片上谐振器提供两个功能：第一，由于铝的较大热收缩，它在硅中产生局部应变，第二，它使靠近经历这种应变的表面的供体的灵敏电子自旋共振光谱成为可能。通过有限元应变模拟，我们能够重建我们实验的关键特征，包括电子自旋共振谱。我们的研究结果是一致的最近发现的机制，用于生产的超精细相互作用在硅中的捐助者，这是线性的流体静力学分量的应用应变的位移。
2018-01-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Nanomembrane-Based Bandgap-Tunable Germanium Microdisk Using Lithographically-Customizable Biaxial Strain for Silicon-Compatible Optoelectronics
应变工程已被证明是至关重要的锗基光子学，特别是光发射。然而，对锗施加大的永久双轴应变一直是一个挑战。我们提出了一个简单的，CMOS兼容的技术，方便地诱导一个大的，空间均匀的应变在微磁盘图案内锗纳米膜。我们的技术通过将预先存在的小应变集中和放大到微盘区域来工作。双轴应变高达1.11%的拉曼光谱观察，并进一步证实了光致发光测量，这表明增强和红移的光发射从应变的microdisks。我们的技术允许量的双轴应变光刻定制，允许不同的微盘的带隙在一个单一的掩模过程中独立调整。我们的理论计算表明，该平台可以提供实质性的性能改进，包括在激射阈值降低> 200倍，双轴应变锗激光器的硅兼容光学互连。
2014-11-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Engineering local strain for single-atom nuclear acoustic resonance in silicon
机械应变在纳米级半导体系统（包括量子点和单掺杂器件）的物理和操作中起着关键作用。在这里，我们描述了一个纳米电子器件的设计，其中一个单一的核自旋相干控制通过核声共振（NAR）通过局部应用的动态应变。应变通过调节核四极相互作用来驱动自旋跃迁。我们采用AlN压电驱动器兼容标准硅金属氧化物半导体工艺，并优化器件布局，以最大限度地提高NAR驱动。我们预测NAR拉比频率为200 Hz的一个单一的$^{123}$锑核在一个广泛的区域的设备。由电场直接驱动的自旋跃迁在器件的中心被抑制，从而允许观察纯NAR。利用密度泛函理论计算的电场梯度弹性张量，我们将我们的预测扩展到硅中的其他高自旋V族施主和等电子$^{73}$ Ge原子。
2021-08-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interaction of Strain and Nuclear Spins in Silicon: Quadrupolar Effects on Ionized Donors
硅中电离施主的核自旋由于其很长的相干时间而成为一种有趣的量子资源。然而，它们的完美隔离是有代价的，因为没有施主电子使得核自旋难以控制。我们证明，四极相互作用使我们能够有效地调整的核磁共振电离砷捐助者在硅通过应变和确定两个非零元素的S张量连接应变和电场梯度在这种材料中的$S_{11}=1.5\times10^{22}$ V/m $^2$和$S_{44}=6\times 10^{22}$ V/m $^2$。我们发现一个更强的好处动态解耦的相干性的过渡受到一阶四极位移比那些只受到二阶位移和讨论的应用程序的四极物理，包括机械驱动的磁共振，冷却的机械谐振器，应变介导的自旋耦合。
2016-04-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
