Dynamically controlled charge sensing of a few-electron silicon quantum dot
我们报告了一个硅金属氧化物半导体量子点使用单电子晶体管作为动态反馈控制的电荷传感器的电荷传感测量。使用数字控制的反馈，传感器表现出灵敏和强大的检测的量子点的电荷状态，即使在存在的电荷漂移和随机电荷重排。该传感器使得量子点的占据率能够被探测到单电子水平。
2011-07-08 cond-mat.mes-hall
Highly tunable 2D silicon quantum dot array with coupling beyond nearest neighbors
研究提出一种平面硅中高度可控且互连的二维量子点阵列，实现了对电子填充及最近邻和次近邻隧道耦合的独立与宽范围调节，为硅量子点阵列应用于量子计算和模拟开辟了可能。
2024-09-15 cond-mat.mes-hall
A fabrication guide for planar silicon quantum dot heterostructures
我们描述了在硅中创建自上而下制造的平面量子点的重要考虑，通常在文献中没有详细讨论。材料固有特性、界面和制造工艺之间的微妙相互作用在静电定义的量子点的形成中发挥着至关重要的作用。氧化、物理气相沉积和原子层沉积等工艺必须进行调整，以防止不必要的副作用，如缺陷、无序和去湿。在两个直接相关的手稿平行写，我们使用这项工作中描述的技术，以创建耗尽模式的量子点在本征硅，和低无序硅量子点定义与钯门。虽然我们讨论了三种不同的平面栅极结构，但一般原理也适用于0D和1D系统，例如自组装岛和纳米线。
2018-02-03 cond-mat.mes-hall
A hybrid double-dot in silicon
我们报告一个单一的砷掺杂剂原子在隧道势垒的硅SET的电气测量。以及执行个别掺杂剂的电特性，我们研究了通过掺杂剂和SET系列电输运。我们测量这个混合双点的三相点，使用模拟来支持我们的结果，并表明，我们可以调整两个子系统之间的静电耦合。
2011-11-18 cond-mat.mes-hall
Dispersive readout of reconfigurable ambipolar quantum dots in a silicon-on-insulator nanowire
我们报告了双极栅极定义的量子点在绝缘体上硅（SOI）纳米线制造使用定制的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺。双极性是通过在本征硅沟道上将栅极延伸到高度掺杂的n型和p型端子来实现的。我们利用的能力，提供双极载流子水库的硅通道，以证明能够重新配置定义，与相同的电极，双量子点与空穴或电子。我们使用基于栅极的反射计来感测电子和空穴双量子点的点间电荷跃迁（IDT），实现了电子（空穴）的最小积分时间为160（100）$μ$ s。我们的研究结果提出了一个机会，结合在一个单一的设备，电子自旋的长相干时间与电可控的孔自旋在硅。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall
Ambipolar quantum dots in intrinsic silicon
我们电测量本征硅量子点与静电定义的隧道势垒。p型和n型欧姆接触的存在使得能够积聚电子或空穴。因此，我们能够在同一设备内研究两种传输机制。我们研究了隧道势垒和静电量子点的影响。在空穴导电的情况下，隧道势垒下的电荷态有更大的局部化，导致p区中更高的电荷噪声。
2014-10-13 cond-mat.mes-hall
Charge dynamics of a single donor coupled to a few electrons quantum dot in silicon
我们研究了硅量子点和单个磷施主之间的电荷转移动力学，使用通过量子点的传导作为施主电离态的探针。我们使用一个硅n-MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）偏置在SET制度与两个侧栅极，以控制器件的电导和施主电荷的阈值附近。测量了与温度和磁场无关的隧穿时间。我们测量了当施主的基态D 0与SET态对齐时观察到的电子转移的统计。
2012-03-23 cond-mat.mes-hall
Spin filling of valley-orbit states in a silicon quantum dot
我们报道了一个低无序硅金属氧化物半导体（Si MOS）量子点的演示，其中包含一个可调的电子数从零到N=27。平行磁场下观察到的附加能的演化揭示了电子自旋填充到谷轨道态。我们发现一个分裂的0.10毫电子伏之间的地面和第一激发态，与理论一致，并把谷分裂的下限。我们的研究结果为在不久的将来实现基于硅量子点的自旋量子比特提供了乐观的前景。
2011-07-08 cond-mat.mes-hall
Single Hole Transport in a Silicon Metal-Oxide-Semiconductor Quantum Dot
我们描述了一个平面硅金属氧化物半导体（MOS）为基础的单孔晶体管，这是与传统的硅CMOS制造兼容。多层栅极设计可独立控制点和储层中的载流子密度。清晰的库仑阻塞振荡被观察到，和源漏偏置测量表明，它是可能的耗尽点下降到几个空穴制度，与激发态清晰可见。该架构是足够通用的，第二个孔点可以被诱导邻近第一个。
2013-04-11 cond-mat.mes-hall
Electron spin resonance and spin-valley physics in a silicon double quantum dot
硅量子点是固态量子比特的主要方法。然而，由于硅的多谷特性，开发这项技术是复杂的。在这里，我们观察电子自旋共振下的硅CMOS为基础的双量子点中的单个电子的输运。当塞曼分裂和谷分裂重合时，观察到驱动点能级的反交叉。检测到的60 MHz的反交叉分裂被解释为自旋和谷混合的直接测量，促进自旋轨道相互作用中存在的非理想界面。提取了自旋退相时间的下限为63 ns。我们还描述了一个可能的实验证据的非常规自旋谷封锁，尽管假设的非理想的接口。这种对硅自旋谷物理学的理解应该能够在全CMOS硅方法中更好地控制和读出自旋量子位。
2014-08-04 cond-mat.mes-hall
Ambipolar quantum dots in undoped silicon fin field-effect transistors
我们集成双极量子点在硅鳍场效应晶体管使用完全标准的互补金属氧化物半导体制造技术。我们用费米能级接近硅带隙中点位置的金属硅化镍代替传统的高掺杂源漏电极，实现了双极性。这种器件以双模式工作，或者作为经典场效应晶体管，或者作为单电子晶体管。我们实现了一个经典的逻辑非门在低温下通过调整两个相互连接的晶体管到相反的极性。在量子机制中，我们证明了稳定的量子点操作中的几个电荷载流子库仑阻塞制度的电子和空穴。
2018-07-11 cond-mat.mes-hall
Pauli Spin Blockade in a Highly Tunable Silicon Double Quantum Dot
双量子点是实现量子信息编码的方便的固态平台。利用基于泡利不相容原理的强量子选择规则可以方便地检测和操纵双电子自旋态，导致三重态电子输运的泡利自旋阻塞.相干自旋态将最佳地保存在没有核自旋的环境中，这在硅中可以通过同位素纯化来实现。在这里，我们报告了一个精心设计的，栅极定义的硅金属氧化物半导体双量子点系统。每个点的电子占有率和点间隧道耦合可通过静电门独立地调节。在弱点间耦合，我们清楚地观察到泡利自旋封锁和测量一个大的点内单重态-三重态分裂$>$ 1毫电子伏。自旋封锁中的漏电流具有特殊的磁场依赖性，与电子核效应无关，与自旋翻转共隧穿过程的效应一致。这里获得的结果为在硅中实现单重态-三重态量子比特提供了极好的前景。
2011-04-14 cond-mat.mes-hall
Pauli-Spin-Blockade Transport through a Silicon Double Quantum Dot
我们提出了测量共振隧穿通过离散的能级的硅双量子点形成在一个薄的绝缘体上的硅层。在没有压电声子耦合的情况下，具有形变-电势耦合的自发声子发射解释了通过两个点的基态的非弹性隧穿。这样的运输测量使我们能够观察到泡利自旋封锁由于有效的两个电子自旋三重态的相关性，明显的共振隧穿通过基态的一个独特的偏置极性的依赖。通过激发态共振，借助于基态之间的有效声子发射解除了封锁。我们的实验显示了研究硅基自旋动力学和基于自旋的量子信息处理的巨大潜力。
2008-02-22 cond-mat.mes-hall
Observation of the single-electron regime in a highly tunable silicon quantum dot
我们报道了硅金属氧化物半导体量子点的低温电子输运测量，在引线和量子点岛中的电子密度具有独立的栅极控制。这种结构允许探测点能级而不影响引线中的电子密度，反之亦然。适当的栅极偏置使点占有率降低到单电子水平，证明了前两个电荷跃迁的基态的磁谱测量。电子库的独立栅极控制还使得能够区分点的激发态和引线中的态密度调制。
2009-11-10 cond-mat.mes-hall
A fault-tolerant addressable spin qubit in a natural silicon quantum dot
容错量子操作是量子计算发展的关键要求。这已经在各种固态系统中实现，包括为量子位提供核自旋自由环境的同位素纯化的硅，但不是在工业标准天然（未纯化）硅中。在这里，我们展示了一个可寻址的容错量子位使用一个天然的硅双量子点与微磁铁优化设计的快速自旋控制。这种优化的设计使我们能够实现最佳拉比振荡品质因数Q = 140，在拉比频率为10 MHz的频率范围内的两个数量级高于在以前的研究中实现的。这导致了99.6%的量子比特保真度，这是天然硅量子比特的最高报告，与同位素纯化的硅量子点量子比特相当。这一结果可以激发工业和量子计算社区的贡献。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall
Evidence of magnetic field quenching of phosphorous-doped silicon quantum dots
我们提供了高掺杂绝缘体上硅量子点在高达48 T的脉冲磁场作用下的电输运性质的数据。在低场强度下，B<7 T，我们观察到由于弱局部化的破坏而导致的电导的强烈修改，而在较高的场，其中磁场长度变得与硅中磷的有效玻尔半径相当，电导的强烈减小被证明。然后比较高和低电场偏置区域中的数据，以显示在约40 T下实现了接近库仑阻塞边缘的对量子点中的单施主的磁诱导猝灭。
2013-11-18 cond-mat.mes-hall
Valley blockade in a silicon double quantum dot
双量子点中的电输运揭示了量子点载流子态的许多有趣特性。硅量子信息技术的最新进展重新引起了人们对硅中电子谷态的兴趣。在这里，我们显示通过台面蚀刻的硅双量子点的直流传输的测量。比较偏置三角形（即，DQD中允许电流的区域），我们发现在两个偏置极性处的偏置三角形的大小的系统不对称性。这种性质的不对称性与由于占据亚稳态而导致的隧穿事件的阻塞相关联。我们的数据的几个特征使我们得出结论，所涉及的状态不是简单的自旋状态。相反，我们开发了一个模型的基础上选择性填充的DQD中的谷状态，这是符合我们的数据的所有定性特征。
2017-11-08 cond-mat.mes-hall
Statistics of the Coulomb blockade peak spacings of a silicon quantum dot
本文对量子点的库仑阻塞峰位涨落进行了实验研究。该点通过使用堆叠栅极图案化硅MOSFET结构的二维电子气来定义。这允许量子点上的电子数量的变化而没有显著的形状失真。充电能量与单粒子能量的比率比可比较的GaAs/AlGaAs量子点大得多。发现在库仑阻塞区电导峰间距的统计分布是单峰的，不遵循维格纳表面。间距的波动比典型的单粒子能级间距大得多，因此明显与随机矩阵理论的预期相矛盾。
1999-01-26 cond-mat.mes-hall
Localization effects in the tunnel barriers of phosphorus-doped silicon quantum dots
我们在掺磷硅量子点中观察到了具有奇异栅极和源漏偏压依赖性的负微分电导。它的起源进行了讨论的框架内弱本地化。通过测量不同温度下的电流-电压特性以及模拟隧穿率对能量的依赖关系，我们证明了浅能量缺陷的存在以及局部化的增强令人满意地解释了我们的观察结果。在磁场中观察到的效果进行了讨论。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall
Orbital and valley state spectra of a few-electron silicon quantum dot
理解硅纳米器件中轨道态和谷量子态之间的相互作用对于评估基于自旋的量子比特的前景至关重要。利用动态电荷传感和脉冲电压谱技术研究了硅金属氧化物半导体量子点的能谱。使用附近的单电子晶体管作为电荷传感器，将量子点的占用探测到单电子水平。发现第一轨道激发态的能量随着电子占有率从N=1增加到4而迅速降低。通过监测点的连续自旋填充，我们提取了约230 μeV的谷分裂，与电子数无关。这表明量子比特操作的有利条件在少电子区域中就位。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall
Electrostically defined few-electron double quantum dot in silicon
采用金属氧化物半导体（MOS）兼容工艺制备了一种少电子双量子点，通过低温输运测量研究了该器件的能谱.双点结构是电可调的，使得点间耦合能够在宽范围内调整，如在电荷稳定性图中所观察到的。在偏置光谱测量中清楚地观察到了双点基态和激发态的共振单电子隧穿。
2009-04-02 cond-mat.mes-hall
Dispersive readout of valley splittings in cavity-coupled silicon quantum dots
体硅的能带结构具有六重谷简并。Si/SiGe量子阱系统中的应变部分地提升了谷简并，但是设置两个最低谷的分裂的材料因素仍在深入研究中。提出了一种精确测量超导微波谐振器中Si/SiGe双量子点谷分裂的方法。我们发现双量子点能级谱中的低谷态导致了腔传输中容易观察到的特征。这些特征产生半导体双量子点的微观能级结构的“指纹”，提供谷分裂和谷间耦合率的有用信息。
2016-07-29 cond-mat.mes-hall
Fine and Large Coulomb Diamonds in a Silicon Quantum Dot
实验研究了由高掺杂n型绝缘体上硅晶片制备的硅量子点的输运性质。在4.2K的液氦中，使用低温互补金属氧化物半导体（LTCMOS）放大器进行低噪声电测量。观察到两个系列的库仑峰：长周期振荡和精细结构，它们都表现出明显的源漏电压依赖性。我们还观察到两个系列的库仑钻石具有不同的周期性。所得到的实验结果很好地再现了主方程分析使用的双量子点并联耦合的模型。
2009-05-08 cond-mat.mes-hall
Silicon quantum dot devices with a self-aligned second gate layer
我们实现了硅量子点器件的两层栅电极使用自对准技术，它允许超小的栅极长度和本质上完美的层到层的对齐。在双量子点系统中，我们研究了空穴的输运，并观察到了由于泡利自旋阻塞引起的电流整流。磁场测量表明，空穴自旋弛豫是由自旋轨道相互作用，并使我们能够确定有效的空穴$g$ -因子$\simeq1.6$。从避免单重态-三重态交叉，发生在高磁场，自旋轨道耦合强度$\simeq0.27$ meV的获得，有望快速和全电自旋控制。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall
Spin lifetime and charge noise in hot silicon quantum dot qubits
我们研究了硅量子点中单电子自旋寿命随磁场和温度的变化关系，发现在1.1 K温度下单电子自旋寿命为2.8 ms.我们发展了一个基于自旋谷混合的模型，发现约翰逊噪声和双声子过程分别在低温和高温下限制弛豫。我们还研究了温度对电荷噪声的影响，并发现在4 K以下呈线性关系。这些结果有助于理解硅量子点中的弛豫，并且对于高温下的量子位操作很有希望。
2018-09-01 cond-mat.mes-hall
Double quantum dot with tunable coupling in an enhancement-mode silicon metal-oxide semiconductor device with lateral geometry
我们提出了一个可调的硅金属氧化物半导体双量子点器件的横向几何形状的输运测量。实验提取的栅极到点电容表明，该设备在很大程度上是对称的栅极电压下施加。有趣的是，这些栅极电压本身并不对称。与数值模拟的比较表明，所施加的栅极电压用于抵消物理器件中的固有不对称性。我们还展示了从一个大的单点到两个隔离良好的耦合点的过渡，其中该设备的中心栅极用于可控地调谐点间耦合。
2010-10-29 cond-mat.mes-hall
Intrinsic and doped coupled quantum dots created by local modulation of implantation in a silicon nanowire
我们提出了一个系统的研究各种方法（顶栅，局部掺杂，衬底偏置），以制造和调整多点结构的硅纳米线多栅MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。硅纳米线的载流子浓度分布是控制隧道势垒和单电子岛形成的关键参数。它由纳米线的掺杂分布和施加到顶栅和衬底的电压两者确定。局部掺杂是通过实现多达两个砷注入步骤，结合栅极和氮化物间隔物作为掩模来实现的。我们比较名义上相同的设备与不同的approtations和不同的电压施加到基板上，导致实现的本征和掺杂耦合点结构。我们展示了所有的隧道电阻对电极和点之间的设备，可以独立地调整与控制顶栅包裹硅纳米线。
2011-05-02 cond-mat.mes-hall
Electric-field tuning of the valley splitting in silicon corner dots
我们对奈米线场效电晶体中的矽角点进行激发态光谱分析，以评估谷分裂的电场可调性。首先，我们展示了一个单量子点和一个双量子点之间的背栅控制的过渡并联，允许调整设备中的角点形成。我们发现谷分裂对背栅电压的线性依赖性，从$880~μ\text{eV}$到$610~μ\text{eV}$，斜率为$-45\pm 3~μ\text{eV/V}$（或等效地，相对于有效场的斜率为$-48\pm 3~μ\text{eV/(MV/m)}$）。紧束缚模拟，包括表面粗糙度的影响，远程电荷在栅极堆叠和离散掺杂剂在沟道中的实验结果的支持。我们的研究结果展示了一种电调谐基于绝缘体上硅的量子点中的谷分裂的方法，这是实现硅自旋量子比特的全电操纵的要求。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall
Steps on current-voltage characteristics of a silicon quantum dot covered by natural oxide
考虑硅量子点被自然氧化物覆盖形成的双势垒结构，得到了两个金属端的阶跃型伏安曲线的简单条件。由于标准的化学性质，位于点的某个域中的掺杂磷原子形成几何上平行的电流通道。电流阶跃的高度通常等于（1.2 pA）N，其中N= 0，1，2，3.是畴内掺杂原子的数量，并且仅可忽略地取决于掺杂剂的实际位置。所发现的条件是可行的，在实验可用的结构。
2002-10-28 cond-mat.mes-hall
Level spectrum and charge relaxation in a silicon double quantum dot probed by dual-gate reflectometry
我们报道了在低温下工作的金属-氧化物-半导体双栅硅晶体管作为双量子点器件的双栅反射测量。反射计装置由分别连接到两个栅电极的两个射频谐振器组成。通过同时测量它们的色散响应，我们得到了器件的完整电荷稳定性图。两个量子点之间以及每个量子点与源极或漏极接触之间的电荷跃迁通过反射的射频信号中的相移来检测。在有限偏压下，反射计允许探测到激发的量子点状态的电荷跃迁，从而使得能够直接访问量子点的能级光谱。有趣的是，我们发现，在两个点之间的电荷传输的存在下，点间跃迁的反射率签名显示一个包含在双量子点的电荷弛豫速率的定量信息的下降峰结构。
2017-01-19 cond-mat.mes-hall
Optical Properties of Pure and Mixed Germanium and Silicon Quantum Dots
采用高精度密度泛函理论和含时密度泛函理论（TDFT）研究了氢钝化硅、锗和Ge/Si混合核壳量子点的光学性质。我们采用Becke，Lee，Yang和Parr的混合DFT泛函（B3 LYP）与高质量基组相结合。正如我们在以前的工作中所示，这种组合是一种精确且计算效率高的计算方法。正如所预期的，混合量子点更通用，并为带隙工程提供更多的可能性，带隙值（电子和光学）介于相应的Si和Ge点之间。我们的研究结果支持所有三种类型的量子点的量子限制理论。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall
Spin states of the first four holes in a silicon nanowire quantum dot
我们报告的硅纳米线量子点的清晰度，允许前四个空穴的自旋状态的完整的理解测量。首先，我们将孔数控制到1。在垂直磁场下的详细测量揭示了硅中单个空穴的塞曼分裂。我们能够确定占据量子点的一到四个空穴的基态自旋构型，并发现自旋填充有交替自旋向下和自旋向上的空穴，这是由高达9T的磁谱证实的。此外，还详细分析了单电荷量子点在许多材料体系中的一个至今无法解释的特性。我们观察到量子点的零空穴基态能量的激发，它不能对应于电子或塞曼态。我们发现，最可能的解释是声学声子发射到纳米线的两个接触之间的空腔。
2008-11-18 cond-mat.mes-hall
SiQAD: A Design and Simulation Tool for Atomic Silicon Quantum Dot Circuits
本文介绍了SiQAD，一个计算机辅助设计工具，使快速设计和模拟的原子硅悬挂键量子点图案的计算逻辑能力。包括几个模拟工具，每一个都能够告知设计师他们的设计的各个方面：一个基态电子配置发现者，一个非平衡电子动力学模拟器，和一个电势景观求解器与时钟电极的支持。模拟已经与过去的实验结果进行了比较，以告知电子布居估计和动态行为。新的逻辑门适合于这个平台已被设计和模拟，并已被证明的时钟线。这项工作为探索硅原子悬挂键量子点电路广阔而肥沃的设计空间铺平了道路。
2018-08-14 cond-mat.mes-hall
Charge Detection in Phosphorus-doped Silicon Double Quantum Dots
我们报道了电连接到电子库的简并掺磷硅双量子点（DQD）中的电荷检测。感测装置是在DQD附近图案化的单电子晶体管（SET）。在4.2K下进行的测量显示了当水库的电势被扫过时，探测器电流中的库仑阻塞振荡的阶跃状行为和移位。通过一个经典的电容模型，我们表明，所观察到的功能可以用来检测单电子隧道从，到和内的DQD，以及揭示DQD的电荷占有。
2010-08-09 cond-mat.mes-hall
Silicon on a graphene nanosheet with triangle- and dot-shape: Electronic structure, specific heat, and thermal conductivity from first-principle calculations
利用密度泛函理论研究了单层石墨烯纳米片中硅的电子结构、比热和热导率。研究了石墨烯中两种不同形状的替代Si掺杂，三角形和点状。石墨烯纳米片的硅掺杂，其中硅原子以三角形配置排列在邻位和对位，打开了将片转变为半导体材料的带隙。带隙的打开是由硅和碳原子之间的排斥力的存在引起的，其降低了费米能周围的态密度。因此，系统的比热和导热率被抑制。对于掺杂有硅原子的点状配置的石墨烯纳米片，在邻位、Meta位和对位处，价带穿过费米能级。这种掺杂配置增加了费米能级处的态密度，但移动电荷在硅原子周围离域并减少。结果，比热和导热率提高。硅取代掺杂的石墨烯纳米片可以有益于光致发光，并且可以通过控制底层原子系统的几何构型来进一步改善太阳能电池器件。
2019-08-28 cond-mat.mes-hall
GHz photon-activated hopping between localized states in a silicon quantum dot
我们讨论了在4.2K下，吉赫光子辐照对简并磷掺杂硅量子点的影响，特别是在栅引线上产生的电压偏移和一个或两个电子通过库仑阻塞解除而隧穿的影响。一个半解析模型，解释了实验观察到的主要特点。最终，这两种效应都可以提供一种有效的方式来通过微波脉冲光学控制和操作电隔离结构。在量子计算架构中，这些结果可能导致使用微波多路复用来操纵多量子位配置中的量子态。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall
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
Detection of variable tunneling rates in silicon quantum dots
量子点（QD）中的单电子隧穿的可靠检测对于使用这类设备进行量子信息处理是至关重要的。在这里，我们报告的电荷传感在简并磷掺杂硅量子点的电容耦合单电子隧穿器件由相同的材料制成的装置。除了准确计数的量子点中的隧穿事件，我们表明，这种架构可以操作，以揭示量子点的输运特性的不对称性。实际上，当QD偏压改变时，检测器响应中的栅极电压偏移的观察是可变隧穿速率的指示。
2011-02-14 cond-mat.mes-hall
Remote capacitive sensing in two-dimension quantum-dot arrays
我们研究了采用与晶圆代工厂兼容的全耗尽绝缘体上硅（FD-SOI）工艺制备的绝缘体上硅纳米线场效应晶体管中的栅极定义量子点。包裹在硅纳米线上的一系列分裂栅极自然地沿着单个纳米线产生量子点的$2\times n$双线性阵列。我们开始研究这样的2 $\times$ 2阵列内的量子点的电容耦合，然后显示如何可以扩展这种耦合在两个平行的硅纳米线耦合在一起共享，电隔离，“浮动”电极。利用一个量子点作为单电子盒传感器操作，浮栅用于增强电荷灵敏度范围，使其能够检测单独的硅纳米线中的电荷状态转变。通过比较多个器件的测量结果，我们说明了浮动栅极的影响，通过量化作为点传感器分离和配置内的双纳米线结构的函数的电荷灵敏度衰减。
2020-09-09 cond-mat.mes-hall
Charge dynamics and spin blockade in a hybrid double quantum dot in silicon
由于硅的半导体真空特性及其与微电子工业的兼容性，硅中的电子自旋量子位，无论是在量子点中还是在施主原子中，长期以来一直被认为是用于实现量子计算机的有吸引力的量子位。虽然硅中的施主电子自旋提供极长的相干时间并通过超精细相互作用进入核自旋，但量子点具有快速电操作、可调谐性和可扩展性的互补优势。在这里，我们提出了一种新的混合双量子点的方法，通过耦合给体光刻图案化的人工原子。利用闸极射频反射计，我们探讨此双量子点系统的电荷稳定性及量子电容在点间电荷跃迁时的变化。使用微波光谱学，我们发现一个隧道耦合的2.7 GHz的，并重新计算的电荷动力学，它揭示了一个电荷T2* 的200 ps和弛豫时间T1的100 ns。此外，我们证明了在inderdot过渡的自旋封锁，开辟了可能性，操作这个耦合系统作为一个单重态-三重态量子比特或转移之间的量子点和施主电子和原子核的相干自旋状态。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall
Silicon Quantum Dots with Counted Antimony Donor Implants
在基于半导体的量子计算中，对施主的位置和数量的确定性控制对于施主自旋量子比特（qubit）是至关重要的。在这项工作中，使用聚焦离子束在量子点附近注入锑施主。离子探测器集成在量子点旁边，以检测注入物。注入的施主的数量可以计数到单个离子的精度。在低温输运测量中，从量子点观察到规则的库仑阻塞。指示施主电离的电荷偏移也在具有计数施主注入的器件中观察到。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall
Simulating Capacitances to Silicon Quantum Dots: Breakdown of the Parallel Plate Capacitor Model
量子点的许多电子应用依赖于电容耦合栅极;因此，为了制造可靠的器件，我们需要这些栅极电容是可预测的和可再现的。我们在硅纳米线量子点中证明，对于名义上相同的器件，栅极电容可再现到10%以内。我们通过实验证明了栅电容随器件尺寸的变化规律。我们还表明，电容模拟器可以用来预测测得的栅极电容在20%以内。一个简单的平行板电容器模型可以用来预测电容如何随器件尺寸变化;然而，平行板电容器模型不能用于最小的器件，因为电容由边缘场主导。我们展示了如何由于边缘场的电容可以快速估计。
2012-07-02 cond-mat.mes-hall
Electronic States in Silicon Quantum Dots: Multivalley Artificial Atoms
在硅量子点的电子态进行了理论研究，考虑到多通道结构的导带。我们发现（i）交换作用在不同谷的电子之间几乎不起作用。因此，当点尺寸小于10 nm时，在没有Hund耦合的情况下，电子占据不同谷中的最低能级。高自旋态很容易通过施加小的磁场来实现。(ii)当点的尺寸大得多时，电子-电子相互作用在确定电子状态时变得相关。电子被容纳在一个山谷中，使最高的自旋，以获得交换能量。(iii)在谷间散射的存在下，不同谷中的简并能级分裂。这可能导致低自旋状态。这些自旋态可以通过观察库仑振荡中峰位置的磁场依赖性来观察。
2003-04-10 cond-mat.mes-hall
Real-Time FPGA-Based Multi-Parameter Feedback Stabilization of a Silicon Double Quantum Dot
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
该研究采用Quantum Machines的OPX FPGA实现硅双量子点多参数梯度下降反馈稳定化，提升反馈带宽以抑制低频1/f噪声，可维持器件长期稳定性并助力大规模量子点阵列实时控制。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall
Pauli Spin Blockade of Heavy Holes in a Silicon Double Quantum Dot
本研究在硅基双量子点少空穴体系中观测到泡利自旋阻塞，通过调控隧穿耦合与磁场识别自旋弛豫机制，测得重空穴g因子与自旋轨道耦合强度，为纯电场快速自旋操控及量子信息应用提供支撑。
2015-09-02 cond-mat.mes-hall
Strongly correlated charge transport in silicon MOSFET quantum dots
量子散粒噪声探测量子导体中电荷传输的动力学，反映准粒子是以稳定的流还是以切分脉冲的形式流过导体。我们在硅金属氧化物半导体场效应晶体管中获得的量子点中进行了高灵敏度的散粒噪声测量。我们的设备的质量使我们能够精确地将不同的输运机制及其统计与量子点的内部状态联系起来。特别是，我们报告在非弹性cotunneling制度，对应于不同的高度相关，非马尔可夫电荷转移过程的大电流波动。我们还观察到异常大的电流波动在低能量的弹性cotunneling制度，其起源仍有待充分研究。
2018-07-12 cond-mat.mes-hall
Spin filling and orbital structure of the first six holes in a silicon metal-oxide-semiconductor quantum dot
半导体量子点中电子的自旋态为量子计算提供了一个很有前途的平台。最近对硅CMOS量子位的研究表明，电子自旋态的相干操纵具有极高保真度。然而，单电子自旋的操纵需要在芯片上产生大的振荡磁场，使得当按比例放大到多量子位器件时难以寻址单个量子位。自旋-轨道相互作用使得自旋状态可以用电场控制，电场局部作用并且更容易产生。虽然硅中的电子的自旋-轨道相互作用较弱，但价带空穴具有固有的强自旋-轨道相互作用。然而，在一个适合放大到大量量子比特的架构中，创造一个可以定位单个空穴的硅量子点是一个挑战。在这里，我们报告了一个硅量子点，与集成的电荷传感器，可以操作到最后一个孔。我们绘制了前六个空穴的自旋态和轨道结构，并表明它们遵循Fock-Darwin谱。我们还发现，空穴-空穴相互作用是非常强的，减少了90%的单重态-三重态分裂相比，单粒子的水平间距为3.5毫电子伏。这些结果为在平面硅CMOS结构中实现单空穴自旋量子比特提供了一条途径。
2018-01-14 cond-mat.mes-hall
Dispersive readout of a silicon quantum dot with an accumulation-mode gate sensor
灵敏的电荷检测使得固态系统中的量子位读出成为可能。最近，一种替代完善的电荷检测通过片上静电计已经出现，在原位门检测器和射频色散读出技术的基础上。这种方法有望通过消除对专用于感测的额外设备组件的需求来促进可扩展性。在这里，我们执行基于栅极的色散读出的积累模式硅量子点。我们观察到，积累模式的门检测器的响应显着影响其偏置电压，特别是如果这超过了电子积累的阈值。我们讨论和解释这些结果的色散响应的竞争电容的贡献。
2017-05-23 cond-mat.mes-hall
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
Palladium gates for reproducible quantum dots in silicon
我们用钯制成的栅极取代了硅中形成量子点的既定铝栅极。我们用透射电子显微镜研究了铝栅和钯栅的形貌。发现在铝栅极周围形成了原生氧化铝，这可能导致形成无意的点。因此，我们报告了一种新的制造路线，取代铝及其原生氧化物的钯原子层沉积生长的氧化铝。使用这种方法，我们表明，形成低无序门定义的量子点，这是可重复制造。此外，钯使我们能够进一步缩小栅极设计，使我们能够执行电子输运测量在少电子制度的设备，包括只有两个栅极层，一个重大的技术进步。还有待观察的是，引入钯栅极是否可以改善用铝栅极堆叠限定的电子和核自旋量子位的优异结果。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall
Electrically driven electron spin resonance mediated by spin-valley-orbit coupling in a silicon quantum dot
利用电压依赖性电场操纵电子自旋的能力是量子自旋电子器件（诸如基于自旋的半导体量子比特）的操作的关键。电自旋控制的一种自然方法是利用所有材料中固有的自旋轨道耦合（SOC）。到目前为止，这种方法还不能应用到硅中的电子，由于其非常弱的SOC。在这里，我们报告了一个实验实现的电驱动的电子自旋共振在绝缘体上硅（SOI）纳米线量子点设备。底层驱动机制的结果从SOC和硅导带的多谷结构，这是增强在调查的纳米线几何形状之间的相互作用。我们提出了一个简单的模型捕捉基本的物理和使用紧束缚模拟更定量的分析。我们讨论了我们的研究结果的相关性，在硅中的紧凑和可扩展的电子自旋量子比特的发展。
2018-02-07 cond-mat.mes-hall
Combining n-MOS Charge Sensing with p-MOS Silicon Hole Double Quantum Dots in a CMOS platform
硅量子点中的空穴由于其作为半导体量子线路中的快速、可调谐和可缩放量子比特的潜力而受到显著关注。尽管如此，在该材料系统中仍然存在挑战，包括难以使用电荷感测来确定量子点中的孔的数量，以及难以控制相邻量子点之间的耦合。在这项工作中，我们解决了这些问题，通过制造双极互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，使用多层钯栅。该器件由邻近空穴双量子点的电子电荷传感器组成。我们证明了通过电偶极自旋共振（EDSR）的自旋状态的控制。我们实现了两个数量级以上的点间耦合率的平滑控制，并使用电荷传感器进行自旋-电荷转换，测量了11 μs的空穴单重态-三重态弛豫时间。这些结果为提高空穴自旋量子比特的质量和可控性提供了一条途径。
2022-10-31 cond-mat.mes-hall
An accurate single-electron pump based on a highly tunable silicon quantum dot
纳米级单电子泵可用于产生精确的电流，并可潜在地用于实现基于元电荷的新电流标准。在这里，我们使用硅基量子点与可调隧道势垒作为一个精确的源的量化电流。我们的泵的电荷转移精度可以显着提高通过控制点的静电约束使用特意设计的栅电极。通过对栅极电压的微小调整，实现了操作鲁棒性的改进以及对降低泵浦精度的非绝热转变的抑制。我们可以产生超过80 pA的输出电流，实验确定的相对不确定度低于百万分之50。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall
Surface code architecture for donors and dots in silicon with imprecise and nonuniform qubit couplings
在硅中具有施主自旋的缩放量子计算机将受益于可行的半导体框架和量子位与噪声环境的强固有解耦。根据当前设计，通过自然交换相互作用耦合相邻自旋需要具有极小长度尺度的栅极控制结构。我们提出了一种硅结构，其中具有长相干时间的铋供体耦合到可以在相邻量子点之间穿梭的电子，从而放松了间距要求，并允许经典控制设备的供体之间的空间。每个供体/点对内的绝热SWAP操作解决了基于交换的双量子位门固有的可扩展性问题，因为它不依赖于供体放置的亚纳米精度，并且对控制场中的噪声具有鲁棒性。我们使用这种SWAP与完善的全球微波拉比脉冲和并行电子穿梭，以构建一个表面码，需要最小的，可行的本地控制。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall
