Vibrations of free and embedded anisotropic elastic spheres: Application to low-frequency Raman scattering of silicon nanoparticles in silica
计算了弹性球在无限大、均匀、各向同性弹性介质中的振动模态频率和阻尼。与假设各向同性的简化计算相比，球体的各向异性弹性显著地改变了频率。新的低频拉曼光散射数据的SiO2玻璃基质中生长的硅球。拉曼光谱的主要特征不能通过纳米颗粒作为自由的各向同性球体的简单模型来正确描述，而是需要考虑基质效应和硅的各向异性。天平动，而不是振动，是主要的机制。
2003-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Single Charge Transport in Molecular-Scale Silicon Nanowire Transistors
我们报道了分子尺度硅纳米线的低温电输运研究。单个纳米线表现出良好定义的库仑阻塞振荡特性的电荷添加到一个单一的纳米结构的长度尺度高达至少400 nm。进一步的研究表明，通过离散的单粒子量子级扩展整个设备的相干电荷输运，并表明基态自旋配置遵循Lieb-Mattis定理。此外，耗尽的纳米线表明，相位相干的单点特性是可访问的制度，其中相关性很强。
2004-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier and Spin Coherent Dynamics in Strained Germanium-Tin Semiconductor on Silicon
锗锡是一种具有优良光子性能的材料。在这里，我们展示了光学初始化和读出自旋在这个有趣的IV族半导体合金和报告塞曼分裂水平之间的自旋量子拍下的外部磁场。我们的光学实验揭示了强大的自旋取向在很宽的温度范围内和持久的自旋寿命，在室温下接近ns政权。除了非辐射复合途径的重要见解，我们的研究结果揭示了丰富的自旋物理在传统的硅衬底上直接生长的新型外延结构。这为IV族半导体工具箱与先进的自旋电子学和光子学能力的协同富集引入了一条可行的路线。
2017-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic heat conduction in silicon nanowire network revealed by Raman scattering
各向异性纳米材料具有有趣的热传输特性，因为它们允许热通量沿优先方向取向，这是由于它们的面内和跨面热导率之间的高比率（高达三个数量级）。在允许热导率评估的不同技术中，微拉曼散射被认为是最有效的非接触式测量方法之一。在这封信中，一个新的实验方法的基础上拉曼散射测量可变激光光斑尺寸的报告。实验和计算的一维纳米晶体固体的热阻之间的相关性允许同时估计其在平面和跨平面的热导率。特别是，我们的测量方法被成功地应用于硅纳米线阵列的各向异性热导率评估。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Irregular Oscillatory-Patterns in the Early-Time Region of Coherent Phonon Generation in Silicon
从理论上研究了非掺杂Si晶体中相干声子（CP）的产生，揭示了超短激光脉冲辐照后早期的量子力学效应。一个检查归因于离子核的感应电荷密度的时间信号，将焦点放在拉比频率$Ω_{0cv}$对信号的影响上;该频率对应于脉冲的峰值电场。结果表明，在特定的$Ω_{0cv}$ s下，当光激发载流子引起的等离子体激元能量与光-光声子能量一致时，两个模之间的能量{ \it共振}相互作用导致了显著的反交叉，从而揭示了在观测到的时间信号中振幅异常增强的不规则振荡。此外，振荡图案受到受$Ω_{0cv}$控制的受激载流子密度的拉比跳跃。这些研究结果表明，早期的时间区域是丰富的CP生成中固有的量子力学效应，虽然实验信号或多或少掩盖了所谓的相干伪影，由于非线性光学效应。
2017-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Suppressing spin relaxation in silicon
沿[001]方向的单轴压缩应变强烈抑制硅中的自旋弛豫。当应变水平足够大时，电子仅在沿应变轴的两个谷中重新分布，主导的散射机制被淬灭，电子主要经历轴内散射过程（同一晶轴上的谷内或谷间散射）。我们首先推导出由于轴内电子散射杂质的自旋翻转矩阵元素，然后提供一个全面的模型的自旋弛豫时间，由于所有可能的相互作用的导带电子与杂质和声子。我们预测近三个数量级的改善自旋弛豫时间的$\sim10^{19}\text{cm}^{-3}$锑掺杂硅（Si：Sb）在低温下。
2016-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Observation of large multiple scattering effects in ultrafast electron diffraction on single crystal silicon
我们报道了高质量单晶硅的超快电子衍射。布拉格峰的超快动力学表现出巨大的光致响应，这只能在动态衍射理论的框架下解释，考虑到样品中探测电子的多次散射。特别是，我们表明，晶格加热后的光激发可能会导致一个意想不到的布拉格峰强度的增加，与众所周知的德拜-沃勒效应相矛盾。我们预计，多重散射应系统地考虑在超快电子衍射高品质晶体，因为它占主导地位的布拉格峰动力学。此外，考虑到多重散射效应开辟了一条道路，在准完美晶体中的缺陷的非平衡动力学的定量研究。
2017-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Using silicon-vacancy centers in diamond to probe the full strain tensor
用两种相干光谱技术探测了金刚石中硅空位中心系综（\ce{SiV-}）。两个主要的不同的家庭的\ce{SiV-}中心的识别使用多维相干光谱，这些家庭配对与两个取向组通过比较光谱从不同的线性偏振的入射激光。通过跟踪测量光谱中的峰值中心，计算激光光斑局部的全金刚石应变张量。这种测量是在样品表面上的多个点进行的，并观察到应变张量的变化。
2021-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Coherent spin transport through a 350-micron-thick Silicon wafer
我们使用全电学方法，通过350微米厚的未掺杂单晶硅晶片垂直注入、传输和检测自旋极化电子。在不同加速电场下的垂直磁场中的自旋旋进测量显示了至少13 π旋进角的高自旋相干性。磁场的进动极值的间距被用来确定注射器到检测器的电子渡越时间。这些渡越时间值与输出磁流的变化（从面内自旋阀测量），这是成比例的最终自旋极化。拟合的结果，一个简单的指数自旋衰减模型产生的传导电子自旋寿命（T1）在60 K的硅超过500 ns的下限。
2007-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Role of dislocations in scattering of charge carriers in mechanical polishing damaged layers of silicon wafers
揭示了导致机械抛光硅和锗晶片近表面层的小角度红外散射强度对光激发功率的异常（立方）依赖性的物理过程。结果表明，扩展的线性缺陷和位错的损伤区域主要贡献载流子散射。
2010-08-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Retrieval of the atomic displacements in the crystal from the coherent x-ray diffraction pattern
我们研究了通过应变晶体的相干X射线衍射图样重建的直接（实）空间图像的相位来恢复空间分辨的原子位移。我们证明，限制空间变化的第一和第二阶空间位移导数提高收敛的迭代相位恢复算法的位移重建到真正的解决方案。我们的方法是利用检索的位移在由二氧化硅填充的沟槽隔离的硅线的周期性阵列。
2014-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Coherent storage of photoexcited triplet states using 29Si nuclear spins in silicon
脉冲电子顺磁共振光谱的光激发，亚稳态三重态的氧空位中心在硅中揭示了ms = \pm 1子能级的寿命从ms =0状态的显着不同。我们利用这种显着的差异，在地面单重态的衰变率，以实现近100%的三重态内的电子自旋极化。我们进一步证明了转移的三重态电子自旋的相干态，并从一个超精细耦合，最近邻29 Si核自旋。我们测量了该操作中使用的29 Si核自旋的相干时间，发现它不受三重态电子自旋存在的影响，并且等于通过核磁共振测量的体值。
2011-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Medium-energy ion-scattering study of strained holmium silicide nanoislands grown on silicon (100)
我们用中能离子散射（MEIS）定量分析了生长在Si（100）表面的硅化钬岛的结构。结构拟合的实验数据明确表明，四硅化物相存在，而不是六方相，这是与纳米线的生长在亚单层覆盖。岛形成的较低的钬覆盖率为3 ML也被证明是tetraphylocene，这表明，六方结构是不是一个低覆盖率的前体生长的tetraphylocene相。MEIS模拟的大型纳米岛，其中包括横向应变救济的影响，已经进行，这些比较以及与实验数据。
2008-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear Spin Dynamics of Ionized Phosphorus Donors in Silicon
我们展示了在天然硅中的电离磷供体的核自旋的相干控制和电读出。通过将脉冲照明与相干电子自旋操纵相结合，我们选择性地根据其核自旋状态来选择性地掺杂施主，利用通过Si/SiO2界面处的自旋对的自旋依赖的复合过程。电离施主的核自旋相干时间为18 ms，比中性施主状态长两个数量级，使电离施主成为量子存储器的潜在资源。所提出的实验技术允许电离供体核自旋的光谱，增加电检测的电子核双共振的灵敏度超过两个数量级，并提供实验访问的平行电子自旋对的寿命。
2012-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamic conductivity and scattering rate saturation of photoexcited charge carriers in silicon investigated with a midinfrared continuum probe
我们采用超宽带太赫兹-中红外探测脉冲来表征高电阻率硅中反射几何结构的光致电荷载流子等离子体的光学响应，在室温下，在宽范围的激发密度（10^{15}-10 19} cm^{-3}）。与传统的太赫兹光谱研究相比，这使得人们能够直接覆盖包含所得等离子体频率的频率范围。的热化等离子体的强度反射光谱，测量使用和频（上转换）探测的探针脉冲，可以很好地模拟由一个标准的德鲁德模型与密度相关的动量散射时间约。200 fs在低密度，达到约。20 fs，密度约为10^{19} cm^{-3}，其中散射率的增加饱和。这种行为可以很好地再现与理论结果的基础上的广义Drude方法的电子-空穴散射率，其中的饱和发生由于相空间的限制，等离子体变得退化。我们还研究了初始亚皮秒时间的德鲁德响应的发展，并讨论了所观察到的上升的散射时间的初始电荷载流子弛豫，以及光激发的样品的光学响应预测的时域有限差分模拟。
2015-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Two-photon Indirect Optical Injection and Two-color Coherent Control in Bulk Silicon
利用体硅中电子态的经验赝势描述和声子态的绝热键荷模型，我们从理论上研究了载流子和自旋的双光子间接光注入以及注入载流子和自旋运动的双色相干控制。对于双光子间接载流子和自旋注入，我们确定了在4K和300 K下带边跃迁的选择规则、各导带谷的注入以及各声子支的注入.在4 K时，低光子能量下，注入过程主要是TA声子辅助的跃迁，而高光子能量下则是TO声子辅助的跃迁。在300 K时，前者在所有感兴趣的光子能量处占主导地位。载流子注入表现出相对于光传播方向的各向异性和线圆二色性。对于沿$<001>$方向传播的光，载流子注入表现出谷各向异性，并且注入到$Z$导带谷中的载流子大于注入到$X/Y$谷中的载流子。对于沿$<001>$（$<111>$）方向传播的$σ^-$光，自旋极化度在4 K和300 K分别给出了约20%（6%）和-10%（20%）的最大值，并且在两个温度下由于不同声子分支的贡献，在注入边缘附近显示出丰富的结构。对于由一个基频及其二次谐波组成的入射光场的双色相干电流注入，计算了4 K和300 K下电子（空穴）电荷和自旋电流的响应张量。我们展示了三种不同极化情况下的电流控制。最大群速度的光谱依赖性表明，在光子能量的增加下，电荷电流的方向反转。
2011-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport from 1D- and 2D-confined nanostructures on silicon probed using coherent extreme UV light: General and predictive model yields new understanding
热管理在纳米器件的设计中至关重要，因为工作温度决定了它们的效率和寿命。过去探索半导体中纳米级热传输的实验和理论工作通过包括有效参数（例如尺寸依赖的热导率）来解决已知的傅立叶定律建模的偏差。然而，最近的实验定性地显示了不能以这种方式建模的新行为。在这里，我们结合先进的实验和理论表明，硅上的一维和二维受限的纳米级热点的冷却可以使用一般的流体动力学热传输模型来描述，与以前的理解相反，在体硅中的热流。我们使用一套全面的极紫外散射测量的非扩散传输从瞬态加热的纳米线和纳米点来验证和推广我们的从头算模型，不需要任何几何相关的拟合参数。这使我们能够发现两个不同的时间尺度和热传输机制的存在：一个界面电阻制度，占主导地位的短时间尺度上，和流体力学的声子输运制度，占主导地位的较长的时间尺度。此外，我们的模型可以预测纳米长度尺度和皮秒时间尺度上的任意几何形状的完整的热机械响应，提供了一个先进的实用工具，纳米技术的热管理。此外，我们推导出的运输时间尺度的解析表达式，有效的一个子集的几何形状，提供了一个优化散热的路线。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
All-optical coherent population trapping with defect spin ensembles in silicon carbide
碳化硅中的双空位缺陷具有长寿命的电子自旋态和尖锐的光学跃迁，其性质类似于金刚石中的氮空位缺陷。我们报道了在4 H-SiC上研究自旋态零声子线跃迁的全光寻址实验。我们的磁谱结果确定了自旋$S=1$结构的基态和激发态，并通过系统间交叉衰变的作用。我们使用这些结果证明相干布居捕获的自旋态与双空位合奏，具有特定的方向在SiC晶体。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ultrafast asymmetric Rosen-Zener-like coherent phonon responses observed in silicon
我们研究了非掺杂硅晶体中相干声子产生的时间信号的光谱轮廓。本文采用作者[Y. Watanabe等人，Phys. Rev. B 95，014301（2017）;同上，96，125204（2017）]。的光谱不对称性揭示在频域的信号的条件下，LO声子模式保持几乎大力共振与等离子体激元模式在早期的时间区域，这持续约100 fs后立即照射的超短泵浦激光脉冲。应当理解，基于绝热时间图，这种不对称性是由两种模式之间的Rosen-Zener耦合引起的。通过测量随时间变化的电光反射率信号，得到了相关的实验结果，并证明了这些与计算结果是一致的。随着光激发载流子密度从满足上述条件的载流子密度进一步向载流子密度的较高侧和较低侧变化，光谱变得更加对称。此外，对CP信号的载流子密度的光章动的效果进行了解决，目前的结果进行了比较，由瞬态Fano共振所造成的不对称性，并在文中的GaAs晶体中观察到的光谱轮廓。
2018-08-27 cond-mat.mtrl-sci
All-optical initialization, readout, and coherent preparation of single silicon-vacancy spins in diamond
金刚石中的硅空位色心（$\mathrm{SiV}^-$）因其独特的光学性质而引起人们的关注。它表现出光谱稳定性和不可分辨性，有助于有效产生能够证明量子干涉的光子。在这里，我们展示了高保真光学初始化和读出的电子自旋在一个单一的$\mathrm{SiV}^-$中心与$T_1=2.4\pm0.2$ ms的自旋弛豫时间。相干布居捕获（CPT）是用来演示相干制备的暗叠加态的自旋相干时间为$T_2^\star=35\pm3$ ns。这从根本上受到轨道弛豫的限制，对这一过程的理解为通过与声子的工程相互作用来扩展相干性开辟了道路。这些结果确立了$\mathrm{SiV}^-$中心作为固态自旋光子界面。
2014-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Deformation potential extraction and computationally efficient mobility calculations in silicon from first principles
本文基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论提出了一个提取硅中形变势的第一性原理框架。我们计算的电子能带结构，声子色散关系，和电子-声子矩阵元素提取所有可能的过程中的声学和光学声子的变形势。矩阵元素清楚地显示了在导带内和谷间散射之间的分离，并量化了价带的简并带中的散射事件的强度。然后，我们使用先进的数值玻尔兹曼输运方程（BTE）模拟器，耦合DFT电子结构和能量/动量相关的散射率来计算电子和空穴的输运性质。通过将电离杂质散射，以及，我们计算的n型和p型迁移率与载流子密度，并与实验进行比较，表明良好的协议。我们提出的方法使用成熟的理论工具，只需要提取有限数量的矩阵元素，这使得它在计算上非常有吸引力，特别是对于具有大晶胞和较低对称性的半导体。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Dependent Scattering off Neutral Antimony Donors in 28-Si Field-Effect Transistors
我们报告测量自旋相关的散射传导电子的中性施主在积累模式场效应晶体管中同位素富集硅形成。自旋相关的散射检测使用电检测的磁共振，其中的光谱显示的源极-漏极电压的传导电子和电子绑定到施主的共振变化。我们讨论了利用自旋相关散射作为一种机制读出施主自旋态的硅基量子计算机。
2007-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Identification and tunable optical coherent control of transition-metal spins in silicon carbide
宽带隙半导体中的色心是量子技术的有吸引力的系统，因为它们可以结合长相干电子自旋和明亮的光学性质。几个合适的中心已被确定，最著名的是金刚石中的氮空位缺陷。然而，通信技术的集成受到其光跃迁位于电信波长带之外的事实的阻碍。碳化硅中的几种过渡金属杂质确实在电信波长或附近发射，但关于它们的自旋和光学性质的知识并不完整。我们提出了在近红外波长的跃迁碳化硅中的氘杂质自旋的全光识别和相干控制。我们的研究结果确定自旋$S=1/2$的电子基态和激发态，具有高度各向异性的自旋特性，我们申请实施光学控制的基态自旋相干性。我们的研究结果表明，$\sim$ 60 ns的光学寿命和非均匀的自旋退相时间为$\sim$ 0.3 $μ$ s，建立量子自旋光子接口的相关性。
2018-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Strong geometry dependence of the X-ray Thomson Scattering Spectrum in single crystal silicon
本研究在欧洲XFEL测量单晶硅的X射线汤姆逊散射谱，发现低散射角下非弹性散射谱的强几何依赖性，并验证了TDDFT计算的预测能力，同时证明超高分辨率XRTS数据可在更一般场景中快速收集。
2025-01-31 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Coherent control and high-fidelity readout of chromium ions in commercial silicon carbide
过渡金属离子在宽带隙半导体中提供丰富的光学活性缺陷自旋。碳化硅（SiC）中的铬（Cr 4+）产生自旋1基态，具有窄的、光谱隔离的、自旋选择性的、近电信光学界面。然而，以前的研究受到材料质量的阻碍，导致有限的一致性控制。在这项工作中，我们将Cr注入到商业4 H-SiC中，并在1600 ℃以上退火后显示出最佳的缺陷激活。我们测量的合奏光学孔线宽为31 MHz，一个数量级的改进相比，生长的样品。光学和自旋动力学的深入探索揭示了高效的自旋极化，相干控制和高保真度（79%）的读出。我们报告的T1时间大于1秒，在低温（15 K）与T2* = 317纳秒和T2 = 81微秒，其中自旋退相时间是目前有限的自旋自旋相互作用内的缺陷合奏。我们的研究结果表明，Cr 4+在SiC作为一个外在的，光学活性的自旋量子比特的潜力。
2019-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Small-angle X-ray scattering in amorphous silicon: A computational study
我们提出了一个计算研究的小角X射线散射（SAXS）在非晶硅（$a$ -Si），特别强调的形态和微结构的空隙。SAXS中的散射强度和纳米级不均匀性或空隙的三维结构之间的关系通过产生具有0.1-0.3%空隙体积浓度的超大型高质量$a$ -Si网络来解决，如在使用SAXS和正电子湮没光谱的实验中所观察到的。系统地研究了小角散射区的散射强度随网络中空洞的尺寸、形状、数目密度和空间分布的变化规律。我们的研究结果表明，在小角度区域的散射强度是特别敏感的大小和总体积分数的空隙，但效果的几何形状或空隙的强度分布不太明显。从强度的模拟值得到的空隙的平均尺寸的比较，使用的Guinier近似和Kratky图，与那些从原子在空隙表面附近的空间分布。
2018-04-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electron Transport in Silicon Nanowires: The Role of Acoustic Phonon Confinement and Surface Roughness Scattering
我们研究了电子和声学声子约束对被SiO $_2$包围并被门控的薄方形硅纳米线（SiNWs）的低场电子迁移率的影响。我们采用自洽泊松薛定谔蒙特卡罗求解器，占散射由于声学声子（限制和散装），谷间声子，和Si/SiO $_2$表面粗糙度。所考虑的线具有在3 $\times$ 3 nm $^2$和8 $\times$ 8 nm $^2$之间的横截面。对于较大的导线，正如预期的那样，迁移率对来自栅极的横向场的依赖性是明显的。在低横向场，声子散射占主导地位，从封闭的声学声子散射的结果在约10%的流动性减少相对于体声子近似。随着导线横截面的减小，电子迁移率下降，因为电子-声学声子和电子-表面粗糙度散射率的有害增加掩盖了有益的体积反转和子带调制。对于薄于5 $\times$ 5 nm $^2$的线，表面粗糙度散射占主导地位，而不管施加的横向场，并导致电子迁移率随着SiNW截面的减小而单调减小。
2008-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Fourier Scatterometry for detection of killer defects on silicon carbide samples
针对SiC晶圆中微小、低对比度或深埋致命缺陷难以由常规光学显微检测的问题，本文提出以CFS作为互补检测手段，并通过SEM验证了结果的高度一致性。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-dependent scattering in a silicon transistor
传导电子离开中性施主的散射敏感地依赖于它们的自旋态的相对取向。本文提出了场效应晶体管二维电子气中自旋相关散射的理论。我们的理论表明，散射机制是由负电离施主能级的虚跃迁占主导地位。这种效应转化为源漏电流，当施主自旋与强微波场共振时，源漏电流总是减小。我们提出了一个模型，施主杂质与硅晶体管中的传导电子相互作用，并比较我们明确的数值计算电检测磁共振（EDMR）实验。值得注意的是，我们表明，EDMR是最佳的捐助者放置到一个甜蜜点位于一个狭窄的深度窗口相当远的2DEG接口。这允许显著优化自旋信号强度，用于放置在最佳点中的最小数量的供体，从而能够开发单自旋读出装置。我们的理论揭示了一个有趣的依赖于传导电子自旋极化p_c。随着p_c在自旋注入时增加，EDMR幅度首先随着p_{c} ^{2}增加，然后当达到极化阈值p_T时饱和。这些结果表明，利用EDMR作为硅和其他弱自旋轨道耦合材料中载流子自旋极化的原位探针是可能的。
2009-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature coherent manipulation of single-spin qubits in silicon carbide with a high readout contrast
碳化硅（SiC）中的自旋缺陷随着成熟的晶圆级制造和微/纳米加工技术而引起了人们的广泛关注。虽然已经证明了SiC中色心的室温单自旋操纵，但是通常检测到的对比度小于2%，并且光子计数率也很低。在这里，我们提出了在环境条件下，具有高读出对比度（~ 30%）和高光子计数率（每秒150千计数）的4 H-SiC中的单双空位自旋的相干操纵，这与金刚石中的氮空位（NV）中心竞争。还观察到单个缺陷自旋与附近核自旋之间的耦合。通过对缺陷能级和衰减路径的分析，我们进一步从理论上解释了高读出对比度的原因。由于高读出对比度在量子技术的许多应用中至关重要，因此这项工作可能为具有许多先进性能的主体材料的SiC基量子器件开辟新的领域。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spectroscopic Signatures of Electron-Phonon Coupling in Silicon-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的空位中心已被证明是量子相干光电子应用的可行的固态平台。在众多的空位中心中，硅空位（SiV）中心作为一种不太受电子-声子相互作用影响的反转对称系统最近引起了人们的广泛关注。尽管如此，声子介导的过程仍然降低了SiV中心的相干特性，然而，由于其微弱的光谱特征，表征它们的电子-声子耦合是极具挑战性的，并且仍然是一个开放的实验问题。在本文中，我们从理论上研究了电子-声子耦合的签名在模拟的线性和非线性光谱的SiV中心。我们演示了如何即使是非常弱的电子-声子相互作用，如在SiV中心，可以完全通过非线性光谱技术的特点，甚至解决不同的精细结构之间的过渡。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant enhancement of hole mobility for 4H-silicon carbide through suppressing interband electron-phonon scattering
针对4H-SiC空穴迁移率低的问题，通过模级第一性原理计算发现其受带间电子-声子散射限制，提出施加2%单轴压应变可抑制散射使面外空穴迁移率提升200%，为六方晶系半导体迁移率优化提供新思路。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Impurity-driven intervalley spin-flip scattering-induced 2D spin relaxation in silicon
通过对掺杂Si的二维电子气中电子自旋寿命的理论研究，我们强调了界面附近杂质中心电池势通过谷间电子散射引起的主导自旋弛豫机制。在低温和适度掺杂下，这种Yafet自旋翻转机制可以变得比由结构Rashba自旋轨道耦合场引起的Dyakonov-Perel自旋弛豫重要得多。由于前导级杂质诱导的自旋翻转仅发生在Si中的两个非相对谷之间，因此Si MOSFET或SiGe异质结构中的二维电子气（2DEG）系统是测试和利用这种自旋弛豫机制的天然平台，这是由于界面附近的谷分裂及其通过电门控或施加应力的可调谐性。我们提出的新的自旋弛豫机制可以解释部分的自旋弛豫的贡献，以硅为基础的2DEG系统。
2017-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of low-temperature annealing on the void-induced microstructure in amorphous silicon: A computational study
我们提出了一个计算研究的空隙诱导的微结构在非晶硅（$\it a$ -Si）通过产生超大型模型的$\it a$ -Si的空隙体积分数为0.3 $\%$，在小角X射线散射（SAXS）实验中观察到。本文用约化对关联函数和非晶硅原子形状因子的傅里叶变换计算散射强度，研究了小角X射线散射中空洞形貌与散射强度之间的关系。低温（$\le$ 600 K）退火对散射强度和空隙的微观结构的影响已得到解决，特别强调的形状和大小的空隙，通过研究原子重排的空隙表面和计算的平均回转半径的空隙从表面原子的空间分布和强度图在Guinier近似。该研究表明，低温退火可以导致相当大的孔隙表面的重组，这是清楚可见的三维形状的空隙，但它可能不一定反映在一维散射强度图。
2018-08-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Spatial Imaging of Charge Transport in Silicon at Low Temperature
我们提出了在500 mK和5 K之间的温度下，通过1 cm $\times$ 1 cm $\times$ 4 mm高纯硅晶体（$\sim$ 20 k $Ω$ cm）的电荷输运的直接成像测量。我们使用这些数据来确定作为沿$\langle 111 \rangle$晶轴施加的电场的函数的电子的谷间散射率，我们提出了一个谷间散射的现象模型，解释了恒定的散射率在低电压的低温温度。我们还展示了直接成像测量的有效空穴质量各向异性，这是强烈依赖于温度和电场强度。观察到的效果可以解释为附近的自旋轨道分裂能在硅中的载流子能量的价带的翘曲。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Robust Coherent Single-Photon Interface for Moderate- NA Optics Based on SiV Center in Nanodiamonds and a Plasmonic Bullseye Antenna
单光子的相干交换是应用量子光学的核心。金刚石中带负电荷的硅空位中心是最有希望获得相干单光子的来源之一。它的大德拜-沃勒因子、短寿命和非凡的光谱稳定性在固态单光子源领域是独一无二的。然而，个别中心的激发和检测需要高数值孔径的光学器件，再加上对低温的需要，使实验实现的技术开销。在这里，我们研究了一种基于纳米金刚石中的硅空位中心和金属靶心天线的混合量子光子学平台，以实现相干单光子界面，该界面可以有效地操作到低数值孔径光学器件，具有固有的抗失调性。
2021-02-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effect of Electron-Phonon and Electron-Impurity Scattering on Electronic Transport Properties of Silicon/Germanium Superlattices
半导体超晶格在热电应用中得到了广泛的研究，以探索组分、界面结构和晶格应变环境对热导率降低和效率提高的影响。大多数研究假设，它们的电子性质与散装对应物相比不受影响。然而，最近的研究表明，硅（Si）/锗（Ge）超晶格的电子性质显示出显着的变化取决于组成和生长衬底。这些研究使用了恒定弛豫时间近似，忽略了电子散射过程的影响。在这里，我们考虑电子散射声子和电离杂质，并报告第一性原理计算的电子输运性质，包括散射率。我们研究了两类Si/Ge超晶格：在相同衬底上生长的不同组成的超晶格和在不同衬底上生长的相同组成的超晶格。我们说明了超晶格的能带和电子-声子弛豫时间之间的关系。我们通过考虑面内和跨面结构各向异性来模拟电子-电离杂质相互作用势。我们的分析表明，包括电子-声子和电子-杂质散射过程可以导致~1.56倍的提高峰值功率因数，相比，体硅。我们观察到，超晶格也可以显示显着降低特定的晶格应变环境的功率因数。这种降低可能抵消由于降低的热导率而导致的热电效率提高。我们的研究提供了洞察力，以预测由于晶格应变环境的变化，设计具有优化的电子性能的超晶格至关重要的电子性能的变化。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of spin scattering mechanism in silicon channels of Fe/MgO/Si lateral spin valves
利用Hanle效应测量了简并硅基横向自旋阀中自旋弛豫时间τsf的温度演化。300 K时的τsf估计为1.68 ± 0.03 ns，并随温度的降低而单调增加，直到100 K。相比之下，在100 K以下，它几乎显示出恒定的ca值。5 ns。Si沟道的电导率的温度依赖性显示出与τsf类似的行为，即，在100 K以下随温度的降低而单调增加，在100 K以下随温度的降低而弱依赖。电导率的温度演化表明，由于磁性杂质的电子散射是可以忽略的。τsf与动量散射时间的比较表明，Si中的主要自旋散射机制是埃利奥特-雅菲机制，动量散射时间与归因于Cu杂质的τsf的比值约为3.77*10^-6，比铜的比值小两个数量级以上。
2017-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Atomistic simulations of heat transport in real-scale silicon nanowire devices
利用原子晶格动力学和散射理论，我们研究了纳米器件的热输运的10 nm厚的硅纳米线，从10到100 nm长，夹在两个散装水库。我们发现，在设备中的热传输显着不同的悬浮延长纳米线，由于声子散射在接触界面。我们发现，热传导和声子输运制度可以调整从弹道扩散通过改变纳米线的表面粗糙度和它们的长度。在含有短晶体线的器件中，声子隧穿发生并增强了超过单个接触的电导。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
