Nonadiabatic quantum pumping in mesoscopic nanostructures
本文研究了弹道窄收缩中的非绝热量子抽运现象。泵浦由具有空间和时间周期性的电势引起，所述空间和时间周期性由$K$和$Ω$表征。在零频率（$Ω=0$）极限下，通过窄收缩的传输由于泵浦区域中的能隙的打开而呈现谷结构--这是$K$周期性的结果。这些谷结构在有限$Ω$的状态下保持稳健，而它们的发生能量移动约$\hbarΩ/2$。这些能量移动的方向取决于泵浦势和透射电子的相速度的方向。谷结构的这种频率依赖性特征引起透射系数和泵浦电流的不对称性。一个实验装置，建议我们的非绝热量子泵浦结果的可能观察。
2006-03-21 cond-mat.mes-hall
Valley relaxation in graphene due to charged impurities
单层石墨烯是具有多谷电子结构的材料的示例。在这样的材料中，谷指数被认为是信息载体。因此，弛豫机制导致谷信息的损失是感兴趣的。在这里，我们计算了石墨烯中带电杂质引起的谷弛豫速率。一个特殊的模型的石墨烯，其中的$p_z$轨道是二维高斯函数，其特征在于一个有效的玻尔半径$a_\textrm{eB}$的空间扩展。我们通过求解玻尔兹曼方程得到谷弛豫速率，对于非相互作用电子的情况，以及对于杂质势由于电子-电子相互作用而被屏蔽的情况。对于后者的情况下，我们考虑到本地场的影响，并评估在随机相位近似的介电矩阵。我们的主要发现是：（1）谷弛豫速率与费米能级处的电子态密度成正比。(ii)位于石墨烯平面附近，距离$d \lesssim 0.3\,\textrmÅ$的带电杂质在诱导谷弛豫方面比那些更远的杂质有效得多，后者的效果随着石墨烯-杂质距离$d$的增加而指数地抑制。(iii)无论是在存在和不存在电子-电子相互作用的情况下，谷弛豫速率显示出明显的依赖于有效玻尔半径$a_\textrm{eB}$。这两种情况下的趋势是不同的：在不存在（存在）屏蔽的情况下，随着有效玻尔半径的增加，谷弛豫速率减小（增加）。这最后一个结果强调，谷弛豫速率的定量计算应纳入电子-电子相互作用以及原子长度尺度上的电子波函数的准确知识。
2015-08-27 cond-mat.mes-hall
Spin relaxation in a Si quantum dot due to spin-valley mixing
研究了Si量子点中电子自旋量子比特在电噪声作用下的弛豫。特别是，我们澄清了导带谷的存在如何影响自旋弛豫。在单谷半导体量子点中，自旋弛豫是通过自旋-轨道相互作用通过自旋和包络轨道状态的混合实现的。在Si中，弛豫也可以通过自旋态和谷态的混合来实现。我们发现，额外的自旋弛豫通道，通过自旋谷混合和电噪声，确实是重要的电子自旋在硅量子点。通过考虑Si器件中的自旋-谷和谷内自旋-轨道混合以及约翰逊噪声，我们发现自旋弛豫速率在塞曼分裂与谷分裂相匹配的热点处达到峰值。此外，由于较弱的场依赖性，在低磁场下，由于约翰逊噪声引起的自旋弛豫速率可以支配声子噪声，这与最近的实验很好地吻合。
2014-12-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical control of spin relaxation time in complex quantum nanostructures
本文研究量子环包围量子点的复杂纳米结构，证明通过调控限制势可显著延长电子自旋弛豫时间，为自旋存储器和可扩展量子比特提供支持。
2013-12-23 cond-mat.mes-hall
Direct measurement of electron intervalley relaxation in a Si/SiGe quantum dot
硅中非简并谷态的存在会极大地影响硅基异质结构中的电子动力学，导致电子自旋弛豫和自旋谷耦合。在固态自旋量子比特的背景下，重要的是要理解自旋和谷自由度之间的相互作用，以避免或减轻这些退相干机制。本文报道了在零磁场下，Si/SiGe量子点中从激发谷态到基态的弛豫现象。谷态读出是由谷依赖的隧穿效应，我们归因于谷轨道耦合的帮助。我们发现一个很长的谷间弛豫时间为12.0 $\pm$ 0.3毫秒，一个值，是未修改时，施加磁场。此外，我们将我们的研究结果与自旋弛豫时间进行比较，发现自旋谷“热点”弛豫比谷间弛豫慢大约四倍，与已建立的理论预测一致。这种技术的精度，从电子自旋读出通过能量相关的隧道，是一个间接的谷弛豫测量的改进，并可能是一个有用的探针的谷物理自旋和谷量子位实现。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-valley relaxation dynamics of Landau-quantized electrons in MoSe$_2$ monolayer
强关联系统的非平衡态动力学是凝聚态物理的一个有趣的问题，有许多尚未解决的问题。本文研究了在强磁场作用下栅可调MoSe $_2$单层中Landau量子化电子系统向自旋谷极化基态的弛豫动力学。该系统被驱动出平衡与光学注入激子，使电子自旋和随后的电子自旋谷弛豫时间分辨实验中探测。我们证明了在毫开尔文温度下的弛豫速率敏感地取决于朗道能级填充因子：当电子形成整数量子霍尔液体时，它会变得更快，而在非整数填充时会明显减慢。我们的研究结果表明，谷弛豫动力学可以作为一种工具来调查之间的相互作用的影响，在电子基态的无序和强相互作用。
2021-08-05 cond-mat.mes-hall
Spin relaxation of hot electrons in the Gamma-valley of zinc-blende semiconductors
本文提出了一种计算超热电子能量热化过程中自旋弛豫的方法。这个模型的结果匹配最近的实验数据，它们可以用来检查自旋相关的边界条件的适用性，在反向偏置条件（自旋注入）的半导体/铁磁结。
2009-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-valley relaxation and quantum transport regimes in two-dimensional transition metal dichalcogenides
研究了六方过渡金属二硫属化物（TMDC）的p型和n型掺杂原子层中的量子输运和自旋电子学机制，以及谷结构和自旋轨道耦合之间的相互作用.我们发现载流子的自旋弛豫如何取决于它们的面密度，并表明它消失的带边附近的空穴，导致密度无关的自旋扩散长度，我们开发了一个弱局域化/反局域化的理论，描述正交，双酉和辛制度之间的交叉TMDC的量子传输。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall
Estimation of spin relaxation lengths in spin valves of In and In2O3 nanostructures
我们报道了横向铁磁-非磁-铁磁自旋阀器件中自旋极化电流的电注入和检测，铁磁是钴，非磁是铟（In）或氧化铟（In 2 O3）纳米结构。通过在光刻预图案化结构上沉积纯In来生长In纳米结构。通过氧化In纳米结构得到In 2 O3纳米结构。自旋阀器件是通过两步电子束光刻在纳米结构上沉积微磁体来制造的。在10 K下测量的两种类型的自旋阀器件中观察到明显的自旋开关行为。根据测量的自旋信号，估算出In和In 2 O3纳米结构的自旋弛豫长度（λN）分别为449.6nm和788.6nm。
2016-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exact Multi-Valley Envelope Function Theory of Valley Splitting in Si/SiGe Nanostructures
Weierstrass Institute for Applied Analysis and Stochastics (WIAS)（魏尔斯特拉斯应用分析与随机性研究所）
本文提出一种精确的多谷包络函数模型，通过结合Burt-Foreman型理论和布里渊区谷扇分解，解决传统局部包络函数理论在原子级界面和工程化Ge浓度分布下的局限性，恢复了能量参考的不变性。
2026-02-16 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Valley pseudospin relaxation of charged excitons in monolayer MoTe$_2$
磁场诱导的塞曼效应在单层半导体过渡金属二硫属化物的布里渊区的K $^+$和K $^-$点处的两个谷之间引入分裂。因此，光致发光信号表现出场依赖的圆偏振度。我们提出了一个全面的研究，这种效果的情况下，一个trion在单层MoTe $_2$，表明，虽然时间积分的数据使我们能够推导出的trion状态的g-因子，这样的分析不能证实的时间分辨实验中揭示的时间尺度。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall
Valley relaxation in a single-electron bilayer graphene quantum dot
本文研究单电子双层石墨烯量子点的谷弛豫，结合声子发射与1/f电荷噪声解释T_1的磁场依赖，揭示高、低场主导通道及γ_3的作用。
2024-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Valley relaxation of resident electrons and holes in a monolayer semiconductor: Dependence on carrier density and the role of substrate-induced disorder
利用时间分辨的光学克尔旋转，我们测量了剥离的WSe $_2$单分子膜中的电子和空穴的低温谷动力学作为载流子密度的系统函数。为了调和迄今为止报道的单层半导体中载流子谷动力学的许多不同的时间尺度，我们直接比较了具有不同介电环境的两个静电门控WSe $_2$单层中的掺杂依赖的谷弛豫。在完全封装的结构（hBN/WSe $_2$ /hBN，其中hBN是六方氮化硼）中，发现谷弛豫是单指数的。在低载流子密度下，谷弛豫时间$τ_v$相当长（$\sim$ 10~ $μ$ s），但在高电子或空穴密度下迅速减小到小于100~ns（$\gtrsim$ ~cm $^{-2}$）.相反，在直接置于二氧化硅上的部分包封的WSe $_2$单层（hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$）中，载流子谷弛豫在低载流子密度下是多指数的。这种差异归因于来自SiO $_2$衬底的环境无序。出乎意料的是，非常小的面外磁场可以增加$τ_v$，特别是在hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$结构中，这表明由无序诱导的局域态可以在去极化自旋和介导单层过渡金属-二硫族化物半导体中的驻留载流子的谷弛豫中起重要作用。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large spin relaxation anisotropy and valley-Zeeman spin-orbit coupling in WSe2/Gr/hBN heterostructures
大的自旋-轨道邻近效应已经在与过渡金属二硫属化物层界面的石墨烯中被预测。尽管在大载流子密度下发现了增强的自旋轨道耦合的明确证据，但自旋轨道耦合的类型及其弛豫机制仍然未知。我们第一次表明，增加自旋轨道耦合接近石墨烯中的电荷中性点，拓扑状态预计会出现。发现封装在过渡金属二硫属化物WSe $_2$和hBN之间的单层石墨烯表现出优异的质量，迁移率高达100000 cm ^2/V/s。同时，明显的弱反局域化表明了强的自旋-轨道耦合，并发现了由于对称自旋-轨道耦合的存在而导致的大的自旋弛豫各向异性，掺杂相关的测量表明面内自旋的自旋弛豫主要由valley-Zeeman自旋-轨道耦合控制，而内禀自旋-轨道耦合在自旋弛豫中起次要作用.强自旋-谷耦合为探索石墨烯中的自旋和谷自由度提供了新的可能性，实现了自旋操纵的新概念。
2017-12-18 cond-mat.mes-hall
Quasiparticle relaxation in superconducting nanostructures
我们研究了电子平均自由程远小于超导相干长度的“脏”超导体中非平衡准粒子的能量弛豫。低能非平衡准粒子的弛豫过程主要由声子发射控制。我们推导出相应的碰撞积分，并找到准粒子弛豫率。后者对由磁场（或磁性杂质）引起的时间反演对称性（TRS）的破缺敏感。作为发展理论的一个具体应用，我们解决准粒子捕获的旋涡和电流偏置收缩。我们表明，热准粒子的捕获可能主要发生在距离涡核，或收缩，显着超过超导相干长度。
2017-07-22 cond-mat.mes-hall
Exciton valley dynamics in monolayer WSe2 probed by the two-color ultrafast Kerr rotation
新开发的二维层状材料为谷自旋电子学的研究提供了理想的平台。为了确定谷自由度的应用前景，直接检测和理解这些材料中的谷动力学是非常重要的。本文采用双色泵浦-探测磁光克尔技术研究了单层WSe $_2$中激子谷的动力学性质。通过调节探测光子的能量与自由激子和激子的共振，测定了单层WSe $_2$中不同激子态的谷弛豫时间。单层WSe $_2$中自由激子的谷弛豫时间被证实为几皮秒。一个缓慢的谷极化弛豫过程被观察到与trions，表明trions的谷寿命是一个数量级以上的自由激子。这一发现表明，trion可以是一个很好的候选人谷电子应用。
2016-05-08 cond-mat.mes-hall
Efficient Electron Spin Relaxation by Chiral Phonons in WSe$_2$ Monolayers
该研究针对过渡金属二硫化物单层中谷内自旋弛豫机制不明的问题，通过稳态与时间分辨光致发光实验结合理论分析，发现WSe₂单层中Γ谷手性声子与自旋-轨道混合可驱动约10ps的高效谷内自旋弛豫，揭示了亮激子向暗激子弛豫的新机制。
2024-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Phonon-derived ultrafast relaxation of spin-valley polarized states in MoS_{2}
固体材料的谷自由度和自旋-谷耦合的可能性引起了人们越来越多的兴趣，自旋极化态和谷极化态的弛豫动力学已成为近年来研究的一个重要热点。在自旋-轨道耦合的反转非对称二维材料中，例如MoS_{2}，已经发现自旋随机化在特征上快于谷间和谷内散射的时间尺度。在这项研究中，我们研究了超快非共线自旋动力学的单层MoS_{2}电子谷的实时传输时间相关的密度泛函理论。我们发现，电子在谷区的自旋进动与最低的光学声子强烈耦合，从而释放了面内镜像对称性。这表明MoS_{2}的自旋随机化主要是由自旋-声子相互作用引起的。我们进一步提出，自旋轨道耦合系统中自旋的翻转可以通过对声子的控制来实现。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modulating spin-valley relaxation in WSe$_2$ with variable thickness VOPc layers
本文通过在 WSe$_2$ 上热蒸发不同厚度的 VOPc 分子层，揭示界面紧密束缚态对自旋–能谷极化与弛豫的调控机制。
2024-08-09 cond-mat.mes-hall
Valley Coherent Hot Carriers and Thermal Relaxation in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们显示室温谷相干性与MoS 2，MoSe 2，WS 2和WSe 2单层使用线性偏振分辨热光致发光（PL），在接近激发的能量-证明保存谷相干性之前，充分的散射事件。共极化热发光的特点，使我们能够提取的结合能的下限为0.42（+/- 0.02）eV的单层二硫化钼中的A激子。PL峰的展宽被发现是由玻尔兹曼型热发光尾，并使用指数衰减的斜率，在原位提取的载流子温度在不同阶段的能量弛豫。在弛豫过程中发射的光学声子的温度探测通过利用相应的拉曼峰的加宽，由于温度引起的非谐效应。研究结果提供了谷相干热载流子光生及其随后的能量弛豫路径的物理图像。
2016-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability of Polarized States for Diamond Valleytronics
谷极化电子态的稳定性对谷电子学的发展至关重要。需要谷极化的长弛豫时间以使得能够对极化状态执行操作。在这里，我们研究的稳定性谷极化状态的钻石，表示为弛豫时间。我们发现，当考虑对称性决定的电子-声子散射时，态的稳定性可以非常长。通过飞行时间测量和蒙特卡罗模拟，我们确定了电子-声子耦合常数，并利用这些数据来绘制弛豫时间的温度依赖性。对于金刚石，由于强共价键，弛豫时间可以是微秒或更长，低于100 K和100 V/cm，这对于valleytronic应用是非常令人鼓舞的。
2014-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron Spin Relaxation in a Transition-Metal Dichalcogenide Quantum Dot
研究了在静电门控下过渡金属二硫属化物单层膜中圆形量子点中单电子自旋的弛豫。过渡金属二硫族化合物由于其带隙、自旋谷物理和强自旋轨道耦合等特性，为量子点纳米结构的研究提供了一个有趣而有前途的领域。首先，我们将讨论在不同的B-场制度的束缚态的解决方案可以被用来作为量子比特状态的基础。我们发现，在低B场结合自旋谷Kramers量子比特是合适的，而在大磁场纯自旋或谷量子比特可以预见。然后，我们提出了通过各种不同的弛豫通道的电子-声子相互作用介导的单电子自旋的弛豫的讨论。在低B场区域，我们考虑了自旋谷Kramers量子比特，并包括在无序量子点中出现的杂质介导的谷混合。Rashba自旋-轨道混合机制允许通过变形势或压电耦合由面内声子松弛，另外涉及面外声子的直接自旋-声子机制引起松弛。我们发现，弛豫速率的尺度为$\propto B^6$的平面声子耦合通过变形势和压电效应，而由于直接自旋-声子耦合的尺度不依赖于B-场的最低阶，但强烈的尺度上的设备机械张力。我们还将讨论在大B场区域中形成的纯自旋或谷量子比特的弛豫机制。
2017-03-08 cond-mat.mes-hall
Optical transitions, exciton radiative decay, and valley coherence in lead chalcogenide quantum dots
我们提出了倒易空间中谷相干和超辐射的概念，并表明它导致$N$ -谷半导体量子点中亮激子辐射寿命的$N$ -倍减少。接下来，我们解释为什么，尽管如此，激子辐射寿命在PbX（X = S，Se，Te）量子点，从光致发光衰减测量，是在微秒范围内。我们还解决了具有强带间耦合的窄隙材料制成的纳米结构中的光-物质相互作用的特殊性。
2022-03-25 cond-mat.mes-hall
A steady state approach for studying valley relaxation using optical vortex beam
单层过渡金属双硫族化合物中的自旋谷耦合引起谷极化和相干效应，但受激子-声子、激子-杂质和电子-空穴交换相互作用（EHEI）引起的谷间散射的限制.我们探索了一种利用高阶涡旋光束的光子分布来控制激子的质心动量（COM）来调节EHEI的方法。凭借这一点，我们已经观察到激子COM依赖谷去极化和退相干，这使我们能够测量的时间尺度与谷动力学在稳态测量。我们的稳态技术来探测谷动力学可以开辟一个新的范式，探索在二维系统中的激子物理。
2022-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Carrier Dynamics in Ag-CdTe Hybrid Nanostructure: Non-radiative and Radiative Relaxations
在这篇文章中，我们研究了非辐射和辐射弛豫过程中的混合物由银纳米粒子（NP）和CdTe量子点（QD）结合使用瞬态透射光谱。当在400 nm处激发时，混合物的超快瞬态传输在较短的时间尺度（几皮秒）下显示出更快的热电子恢复，而在较长的时间尺度（几十皮秒）下显示出更慢的恢复。此外，它被发现，在银纳米粒子的存在下，CdTe量子点的瞬态传输的贡献增加。然而，在碲化镉量子点的辐射弛豫得到淬灭在银NP的存在下。这项工作提供了显着的洞察各种弛豫过程，导致在金属-半导体混合的电荷传输和PL猝灭机制。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall
Relaxation of excited spin, orbital, and valley qubit states in single electron silicon quantum dots
我们扩展了以前的工作，在量子计算的背景下，对待理想的，单电子，硅量子点的低激发态的弛豫物理。这些状态有三种类型：轨道、谷和自旋。弛豫时间敏感地依赖于系统参数，如点的大小和外部磁场。然而，一般来说，应变硅的轨道弛豫时间很短（从十分之一微秒到皮秒），自旋弛豫时间很长（微秒到大于秒），而谷弛豫时间预计介于两者之间。重点是由于声子的发射或吸收的弛豫，但对于自旋弛豫，我们也考虑竞争机制，如电荷噪声。在适当的情况下，与参考系进行比较，例如III-V材料中的量子点和硅施主态。声子瓶颈效应被证明是相当小的硅点的兴趣。我们比较的理论预测最近的一些自旋弛豫实验和评论的非理想点的可能影响。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic theory of cavity-confined monolayer semiconductors: polariton-induced valley relaxation and the prospect of enhancing and controlling the valley pseudospin by chiral strong coupling
我们应用微观理论的激子极化激元在腔限制的单层过渡金属dichalcogenides，包括在单层平面中的光学偏振，允许描述如何手性腔光子相互作用的谷自由度的活性物质。极化激元形成后，居住在两个不等价的山谷的简并激子假设成键和反键叠加作为腔介导的intravalley相互作用结合谷间库仑相互作用的结果。这是谷极化的极化激元诱导的相干混合的代表。与无序相结合，这种混合倾向于打开一个新的谷弛豫通道，其随着腔耦合的增加而变得重要。重要的是，我们表明，光学腔的左，右手圆偏振光子的非对称反射提供了一个相当强大的平台，实现保守的谷偏振，作为谷本地化的激子恢复了一个不对称拉比分裂，提升其简并性。此外，我们显示这种简并提升允许波长选择性访问谷赝自旋通过极化激元诱导的手征斯塔克效应，提供有趣的机会valleytronic应用。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Large, tunable valley splitting and single-spin relaxation mechanisms in a Si/Si$_x$Ge$_{1-x}$ quantum dot
谷分裂是硅基自旋量子比特的一个关键特性。据报道，Si/SiGe异质结构中的量子点遭受相对低的谷分裂，限制了这种量子位器件的操作温度和可扩展性。在这里，我们证明了一个强大的和大的谷分裂超过200 $μ$ eV的栅极定义的单个量子点，托管在分子束外延生长的$^{28}$ Si/SiGe。谷分裂是单调和可再现地可调高达15%的栅极电压，源于6 nm的横向位移的量子点。我们观察到静态自旋弛豫时间$T_1>1$ s在低磁场在我们的设备包含一个集成的纳米磁体。在较高的磁场下，$T_1$受到谷热点和声子噪声耦合到本征和人工自旋轨道耦合的限制，包括声子共振。
2020-03-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Spin transport in graphene nanostructures
石墨烯是自旋电子学的一种有趣材料，即使在室温下也显示出长的自旋弛豫长度。对于未来的自旋电子器件，重要的是要了解自旋的行为和限制自旋输运的结构中的尺寸小于自旋弛豫长度。然而，石墨烯纳米结构中的自旋注入和输运的研究是高度未开发的。在这里，我们研究了尺寸小于自旋弛豫长度的纳米结构石墨烯中的自旋注入和弛豫。对于石墨烯纳米岛，其中的边缘长度与面积的比率是远远高于标准设备，我们表明，在边缘增强自旋翻转过程似乎并没有发挥主要作用的自旋弛豫。另一方面，接触诱导的自旋弛豫对这些低维结构具有更显著的影响。通过研究通过石墨烯量子点的非局域自旋输运，我们观察到所获得的自旋弛豫值由连接的石墨烯岛而不是由量子点本身决定。使用一个简单的模型，我们认为，未来的非本地汉勒进动测量可以获得一个更显着的值的自旋弛豫时间的量子点通过使用高自旋极化接触结合低隧穿率。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall
Valley-enhanced fast relaxation of gate-controlled donor qubits in silicon
界面附近施主电子的栅极控制是基于施主的量子计算的一般成分。在这里，我们解决的问题：如何声子辅助量子位弛豫时间$T_1$的电子之间的施主和界面穿梭的影响？我们专注于“触发器量子位”的例子[Tosi等人，arXiv：1509.08538v1]，定义为硅中磷供体的核态和电子态的组合，当电子在供体和界面之间的中途时，有望实现快速的电控制和长的退相时间。我们从理论上描述了轨道弛豫，触发器弛豫和电子自旋弛豫。我们估计触发器量子位弛豫时间可以是$100 \, μ\text{s}$的量级，比体硅中的施主电子的值短8个数量级，并且比预测的非均匀退相时间（门时间）短（长）几个数量级。所有这三个弛豫过程都受到（i）电子-声子相互作用的非平凡谷结构和（ii）所涉及的电子态的不同谷组成的推动。
2016-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Switching between relaxation hotspots and coldspots in disordered spin qubits
我们发展了一个谷依赖的包络函数理论，可以描述任意配置的界面台阶和错切的量子比特弛豫时间的影响。对于一个给定的界面粗糙度，我们展示了如何我们的理论可以用来找到谷依赖偶极矩阵元素，谷分裂，和自旋谷耦合作为Si/SiGe量子点自旋量子位的电磁场的函数。我们证明，我们的理论可以定量地再现和解释的自旋弛豫时间的实验测量结果，只有一个最小的自由参数。研究了自旋弛豫对样品的依赖性，发现在一定条件下，无序量子点的自旋-谷耦合消失。这反过来又完全阻止了谷诱导的量子位衰变。我们表明，界面台阶的存在下，一般可以引起一个强烈的各向异性行为的自旋弛豫时间。值得注意的是，通过适当地调谐栅极感应的面外电场，可以将自旋谷热点转变为"冷点”，在该冷点处弛豫时间显著延长，并且自旋弛豫时间另外对磁场的波动是一阶不敏感的。这种电可调谐性使得能够按需快速量子位重置和初始化，这对于许多量子算法和纠错方案至关重要。因此，我们认为谷自由度可以作为Si自旋量子比特的优势。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-valley lifetimes in a silicon quantum dot with tunable valley splitting
虽然硅是一种很有前途的量子计算材料，但导带最小值（谷）的简并性必须通过足够的分裂来提升，以确保形成定义明确且寿命长的自旋量子位。在这里，我们表明，谷分离可以通过静电门控制在金属氧化物半导体量子点，提供跨越0.3 - 0.8毫电子伏的分裂，准确地调谐。分裂随外加电场线性变化，其比例与原子紧束缚预测一致。我们演示了单次自旋读出和测量不同的谷配置和点占有率的自旋弛豫，发现一个电子的寿命超过2秒。由于谷态之间的自旋-轨道耦合，自旋弛豫通过声子发射发生，这是硅量子点以前没有预料到的过程。分析理论描述了弛豫速率的磁场依赖性，包括当塞曼分裂和谷分裂重合时存在显著的速率增强（或热点）。
2013-05-30 cond-mat.mes-hall
Theory of tunneling spectra for a few-electron bilayer graphene quantum dot
二维材料中量子纳米结构的调谐和控制为它们在未来电子学中的应用提供了有前途的前景。因此，有必要分析这种纳米结构中的量子输运。材料性质，如复杂的分散，拓扑结构，和载流子与多个自由度，是吸引新的设备功能，但复杂的理论描述。在这里，我们研究了量子隧穿输运通过少电子双层石墨烯量子点。我们演示了如何在有限磁场中从微分电导中唯一地识别单电子和双电子点态的轨道、自旋和谷组成。此外，我们表明，运输功能表现出分裂的点的自旋和谷多重态诱导的相互作用和磁场（后者分裂是双层石墨烯的Berry曲率的后果）。我们的结果阐明了自旋和谷依赖的隧穿机制，并将有助于利用双层石墨烯量子点，例如，作为自旋和谷量子比特。
2021-04-07 cond-mat.mes-hall
Electric dipole spin resonance in systems with a valley dependent g-factor
在本理论研究中，我们定性和定量地研究了单个Si/SiGe量子点在磁场梯度存在下的电偶极自旋共振（EDSR），由铁磁体产生。我们模拟的情况下，通过施加振荡电场，诱导实空间振荡的量子点内的电子自旋态的控制。我们的研究目标之一是提出一个微观理论的谷依赖$g$ -因子在Si/SiGe量子点和研究如何谷弛豫结合谷依赖$g$ -因子导致一种新的电子自旋退相机制。此外，我们还讨论了Si/SiGe量子点中自旋弛豫和谷弛豫的相互作用。我们的研究结果表明，由于谷弛豫，电子自旋退相，并且与最近的实验研究一致[Nature Nanotechnology 9，666-670（2014）]。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Giant anisotropy of spin relaxation and spin-valley mixing in a silicon quantum dot
在硅量子点中，在通常称为“热点”的特定磁场下，由于强的自旋谷混合，电子自旋弛豫速率（T_1^（-1））可以急剧增强。在这里，我们实验发现，与78.2 ${\pm}$ 1.6 $μ$ eV的谷分裂，这个热点在自旋弛豫可以被抑制超过2个数量级时，面内磁场是在一个最佳的角度，约9°从[100]样品平面。这种方向各向异性表现出具有180°周期性的正弦调制。我们解释了这种调制的幅度和相位使用一个模型，占自旋谷混合和intravalley自旋轨道混合。通过将电场和谷分裂调谐到268.2 ${\pm}$ 0.7 $μ$ eV，也证实了这种现象的普遍性。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tuning valley polarization in a WSe2 monolayer with a tiny magnetic field
在半导体过渡金属二硫属化物的单层中，光螺旋度（$σ^+$或$σ^-$）被锁定到谷自由度，导致不同谷种群的光学初始化的可能性。然而，一个非常快速的谷赝自旋弛豫（在皮秒的时间尺度）发生的光学明亮（电偶极活性）激子的光谷电子学的发展带来了一些限制。在这里，我们表明，谷间散射的激子可以显着抑制在一个$\mathrm{WSe}_2$单层，一个直接的间隙二维半导体与激子基态是光学黑暗。我们证明，已经低效的弛豫激子赝自旋在这样的系统中可以被抑制，甚至进一步的应用程序的一个微小的磁场的$\sim$ 100 mT。时间分辨光谱揭示了赝自旋动力学是一个两步弛豫过程。赝自旋的初始衰减发生在暗激子的水平上的时间尺度为100 ps，这是可调谐的磁场。一旦暗激子形成更复杂的物体，允许它们的辐射复合，这种衰变之后是甚至更长的衰变（$>1$ ns）。我们发现的慢谷赝自旋弛豫容易操纵的磁场工程的谷赝自旋在过渡金属dichalcogenides的动力学开辟了新的前景。
2015-12-02 cond-mat.mes-hall
Donor-driven spin relaxation in multi-valley semiconductors
我们提出了一个理论的自旋弛豫的电子由于散射的中心电池电位的杂质在硅中。考虑到导带的多通道性质和平移对称性的破坏，自旋翻转幅度由这种短程杂质散射主导，之后电子被转移到$k$空间中不同轴上的谷（所谓的$f$过程）。这些$f$ -过程在所有温度下主导自旋弛豫，其中在低温下散射离开杂质中心晶胞主导，并且在升高的温度下与$Σ$ -轴声子散射。据我们所知，该理论是第一个解释和精确量化的自旋弛豫杂质身份的依赖性。因此，新的形式填补了长期以来$n$型硅自旋弛豫理论的空白，它是有价值的硅基自旋电子器件的表征。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detection of valley polarization in graphene by a superconducting contact
因为石墨烯的能带结构中的谷通过时间反转对称性相关，所以来自一个谷的电子在与超导体的结处被反射为来自另一个谷的空穴。我们展示了如何Andreev反射可以用来检测由磁场产生的边缘状态的谷极化。在没有谷间弛豫的情况下，最低量子霍尔平台上结的电导G_NS=2（e^2/h）（1-cos（Theta））完全取决于接近和离开超导体的边缘态的谷同旋之间的角度Theta。如果超导体只覆盖一条边，则θ =0，没有电流可以进入超导体。G_NS的测量然后确定谷间弛豫时间。
2006-12-29 cond-mat.mes-hall
Hole spin relaxation in bilayer WSe$_2$
我们研究了双层WSe $_2$中由于外加垂直电场引起的Rashba自旋轨道耦合引起的空穴自旋弛豫。双层WSe $_2$中的Rashba自旋轨道耦合系数是由相应的单层WSe中的Rashba自旋轨道耦合系数构造的。与单层WSe $_2$相反，双层Rashba自旋轨道耦合的面外分量充当具有相反方向但在两个谷中具有相同值的类塞曼场。对于面内自旋，这种类塞曼场与谷间空穴-声子散射共同打开了一个谷间自旋弛豫通道，即使在低温下，这种弛豫通道也能主导双层WSe $_2$的面内自旋弛豫.对于面外自旋，该类塞曼场由两个谷中相同的Hartree-Fock有效磁场叠加，因此获得两个谷之间不同的总有效磁场。在低温和低空穴密度条件下，由于大自旋极化时的总场相差较大，当谷间空穴-声子散射较弱时，两个谷的面外自旋弛豫时间不同.这种自旋弛豫时间的差异可以通过增加温度或空穴密度来增强谷间空穴-声子散射来抑制。此外，在大自旋极化和低温下，由于谷内空穴-声子散射较弱而空穴-空穴库仑散射较强，自旋快速进动导致准热空穴费米分布，其特征是有效热空穴温度大于温度，这也增强了谷间散射.在这个过程中，有趣的是发现，在两个山谷中最初相等的空穴密度在时间演化中被打破，并建立了谷极化。....
2015-06-15 cond-mat.mes-hall
Deformation Electron-Phonon Coupling in Disordered Semiconductors and Nanostructures
我们研究了无序半导体和低维结构中的电子-声子弛豫（退相）速率。弛豫是由电子通过形变势散射和杂质和缺陷的弹性电子散射的干涉决定的。我们发现，与金属中的相消干涉相反，半导体结构中的干涉显著地增强了有效的电子-声子耦合，这导致了电子-声子相互作用的Pippard无效条件。所得结果解释了硅结构中的能量弛豫现象。
2005-01-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Quantum transport in oxide nanostructures
我们描述的磁输运实验进行霍尔交叉量子线在LaAlO 3/SrTiO 3接口。Shubnikov-de Haas振荡在14 nm宽的结构中测量，表现出与自旋轨道耦合或谷简并一致的调制。在6 nm宽的霍尔交叉上进行的霍尔测量揭示了与磁相的耗散耦合。霍尔平台观察到偏离二维量子霍尔同行显着。霍尔电阻的非单调下降归因于一维限制和自旋轨道耦合。
2011-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective time-reversal symmetry breaking in the spin relaxation in a graphene quantum dot
研究了带隙石墨烯中圆形可调谐量子点中单电子自旋的弛豫。电子自旋通过内禀自旋-轨道耦合直接耦合到面外声子，导致弛豫时间T_1在低场下与B场无关。我们还发现，Rashba自旋-轨道诱导的相反自旋态的混合物与面内声子的发射相结合，通过变形势和键长变化提供了各种进一步的弛豫通道。在没有谷混合的情况下，自旋弛豫分别发生在每个谷内，因此时间反演对称性被有效地破坏，从而抑制了GaAs量子点中已知的B=0处的范弗莱克抵消。vanVleck相消和面外声子的不存在导致低磁场下自旋弛豫速率的行为，这与GaAs的已知结果明显不同。对于低B场，我们发现速率在B中是恒定的，然后在更高的场中跨越到~B^2或~B^4。
2010-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Impact of the valley orbit coupling on exchange gate for spin qubits in silicon quantum dots
简并导带谷的存在以及它们如何通过界面混合在决定硅纳米结构中的电子相互作用和光谱中起着关键作用。本文研究了对称双电子硅双量子点中谷相对交换相互作用的影响。通过组态相互作用计算，发现交换分裂在两点间的谷相位差为有限值时被抑制，当相位差为π时，交换分裂达到最小值（{ \sim } 0）.这种抑制可以用哈伯德模型通过基态单重态和三重态上的双占据态的谷相位依赖的修整来解释。更高轨道态的贡献在确定交换能的值方面也起着至关重要的作用，交换能是诸如自旋量子比特交换门等应用的关键参数。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall
Gate controlled spin-valley locking of resident carriers in WSe2 monolayers
使用时间分辨克尔旋转，我们测量的自旋/谷动力学的居民电子和空穴在单电荷可调单层的原型过渡金属二硫属化物（TMD）半导体WSe 2。在n型制度，我们观察到长（70 ns）的极化弛豫的电子是敏感的面内磁场$B_y$，表明自旋弛豫。与此形成鲜明对比的是，非常长（2微秒）的极化弛豫的孔被发现在p型制度，这是不受$B_y$，直接确认长期以来的预期强自旋谷锁定的单层TMD的价带的空穴。在连续波克尔谱和Hanle测量的支持下，这些研究提供了单层TMD中载流子极化动力学的统一图像，这可以指导未来valleytronic器件的设计原则。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
L-valley Electron Spin Dynamics in GaAs
光学取向实验已在GaAs外延层与光激发能量在3 eV的区域产生的自旋极化电子在卫星L谷的光生。我们表明，一个显着的电子自旋存储器的一部分可以保存时，电子从L散射的$Γ$谷能量弛豫几百毫电子伏。结合这些高能量的光激发实验与时间分辨的光致发光光谱的$Γ$谷自旋极化光生电子允许我们推导出一个典型的L谷电子自旋弛豫时间为200 fs，与理论计算一致。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Depolarization in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides with Zone-Corner Acoustic Phonons
虽然具有新颖谷功能的单层过渡金属双硫族化合物是实现谷电子器件的有希望的候选者，但对谷去极化机制的基本理解仍然不完全。基于对MoSe 2和WSe 2单层进行的泵浦-探测实验和密度泛函计算的佐证分析，我们证明了布里渊区K点处的相干声子可以有效地介导电子载流子的谷转移。在MoSe 2单层的情况下，我们将这种模式确定为弯曲声学ZA（K）模式，其具有破缺的反转对称性，因此可以在谷转移期间实现电子自旋翻转。另一方面，在单层WSe 2的情况下，其中自旋保持谷间弛豫是优选的，有效地产生具有偶反转对称性的相干LA（K）声子。这些研究结果表明，虽然谷间弛豫的具体情况取决于能带的自旋排列，但K点声子应被视为过渡金属二硫属化物单层中有效的谷去极化途径。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall
Valley polarized relaxation and upconversion luminescence from Tamm-Plasmon Trion-Polaritons with a MoSe2 monolayer
过渡金属二硫属化合物是研究纳米凝聚态系统中激子效应、自旋相关现象和基本光-物质耦合的理想实验平台。特别是，谷度的自由，这是唯一的这种直接带隙单层反转对称性破缺，增加了这些材料的根本利益。在这里，我们实现了一个Tamm-plasmon结构与嵌入的MoSe 2单层和研究极化激元准粒子的形成。建立了MoSe 2的Tamm-mode和trion共振之间的强耦合条件，在非共振光激发下，从极化激元基态产生明亮的发光。我们证明，剪裁的单分子层的电动力学环境的结果在一个显着增加的谷极化。这种增强可能与时间分辨光致发光测量中所示的复合动力学变化有关。此外，我们观察到强烈的上转换发光共振激发极化激元态的低极化激元分支。这种上转换的极化激元发光被示出为保持谷极化的trion极化激元，这铺平了道路，结合自旋谷物理和激子散射实验。
2017-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Intervalley-Scattering Induced Electron-Phonon Energy Relaxation in Many-Valley Semiconductors at Low Temperatures
本文研究了弹性谷间散射对多谷半导体中电子与声子之间能量输运的影响。我们推导出一个一般表达式的电子-声子的能量流率在弹性谷间散射占主导地位的扩散的限制。对电子浓度在$3.5-16.0\times 10^{25}$ m $^{-3}$范围内的重掺杂n型Si样品在低于1 K的温度下进行了电子加热实验。我们发现理论和实验之间有很好的一致性。
2005-09-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Non-Markovian electron dynamics in nanostructures coupled to dissipative contacts
在准弹道半导体纳米结构中，有源区和耗散接触之间的载流子交换是控制弛豫的机制。在本文中，我们提出了一个准弹道半导体纳米结构，这是基于开放系统理论和有效的时间尺度上的瞬态量子输运比在接触的特征弛豫时间长得多的理论处理。该方法依赖于模型之间的相互作用的电流限制的有源区和接触，在散射状态的基础上。我们推导出一个非马尔可夫主方程的不可逆演化的活动区的多体统计算子粗粒化的接触弛豫时间的精确动力学映射。为了获得偏压下纳米结构的响应量，如电势、电荷和电流密度，非马尔可夫主方程必须与薛定谔方程、泊松方程和连续性方程一起数值求解。我们将讨论如何数值求解这一耦合方程组，并以硅二极管为例说明这种方法。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall
Untangling the valley structure of states for intravalley exchange anisotropy in lead chalcogenides quantum dots
提出一种广义程序，可从纳米结构原子级计算的量子受限态波函数中还原体相类谷局域波函数，应用于铅硫族量子点提取谷内交换哈密顿量，发现PbS的谷内交换矩阵元各向异性远强于PbSe。
2024-02-15 cond-mat.mes-hall
Tuning relaxation and nonlinear upconversion of valley-exciton-polaritons in a monolayer semiconductor
研究强带电MoSe2单层在可调开放式微腔中的强光-物质耦合，发现载流子气体显著改变激子极化子光致发光响应，并实现从trion到激子极化子的非线性上转换发光，揭示了俄歇散射与声子吸收的微观机制。
2025-05-01 cond-mat.mes-hall
Geometric dephasing of holes in two-dimensional nanostructures
我们将证明，在零磁场中，二维纳米结构中光空穴的几何自旋退相速率等于其晶体动量的一维取向弛豫速率。相反，这个过程对于重空穴是非常无效的。
2005-07-27 cond-mat.mes-hall
Singlet-triplet relaxation in multivalley silicon single quantum dots
利用精确对角化方法和费米黄金法则研究了双电子多通道硅单量子点中由于自旋轨道耦合和电子声子散射引起的单重态-三重态弛豫.电子-电子库仑相互作用，这是至关重要的电子结构，明确包括在内。考虑了界面散射引起的多径效应。我们首先研究了在Voigt组态中有磁场的组态，并确定了Xiao { \em et al.} [Phys. Rev. Lett. { \bf 104}，096801（2010）]。与实验结果吻合较好。此外，我们预测的单重态和三重态的反交叉诱导的单重态-三重态弛豫速率的磁场依赖性的峰值。然后，我们工作的系统与磁场在法拉第配置，其中的谷分裂的不同值进行了讨论。在谷分裂较大的情况下，我们发现通过改变外加磁场和量子点尺寸可以有效地控制跃迁速率。分析了在反交叉点附近的单重态-三重态弛豫的有趣特征。在小谷分裂的情况下，我们发现跃迁速率比在大谷分裂的情况下小得多，这是由于三重态的不同构型造成的。
2010-05-08 cond-mat.mes-hall
Spin-Orbit mediated spin relaxation in monolayer MoS2
我们在两个有效哈密顿量范围内研究了MoS2单分子膜的谷内自旋轨道介导的自旋弛豫。考虑了由于面外反转对称性的破坏而引起的价带的内禀自旋分裂以及类Rashba耦合。我们表明，在空穴掺杂制度，平面外自旋弛豫是不是很有效，因为自旋分裂的价带倾向于稳定在这个方向上的自旋极化。我们得到的自旋寿命大于纳秒，与最近的谷极化实验。
2013-06-17 cond-mat.mes-hall
