Spin-valley qubit in nanostructures of monolayer semiconductors: Optical control and hyperfine interaction
我们研究了单电子携带的自旋谷量子比特在单层TMD纳米结构中的光学控制可能性，包括由横向异质结和带电杂质形成的小量子点。量子控制时的限制诱导谷杂交和当谷杂交是缺席讨论。我们发现，在这两种情况下，体谷和自旋光学选择规则可以以不同的形式继承，这两种情况都允许定义自旋谷量子比特与所需的光学可控性。我们还研究了核自旋引起的退相干以及利用超精细相互作用的谷间项对电子-核自旋纠缠的量子控制。讨论了单个量子点中的光控双量子比特操作。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-engineered quantum dots
空间非均匀自旋极化核被提出作为一种新的机制来监测电子状态的纳米结构，或作为一种手段，createn，如果必要的话，重塑这样的纳米结构的实验过程中。我们发现，核自旋的极化可以提升纳米结构中电子态的自旋极化，并且如果足够强，则导致电子自旋的极化。极化核自旋可以形成能够以高达几meV的能量和局域化半径$ >$ 100 μ m结合电子的能量景观。
2001-09-14 cond-mat.mes-hall
Floquet-Engineered Valley-Topotronics in Kekulé-Y Bond Textured Graphene Superlattice
本研究针对Kek-Y石墨烯超晶格的谷电子学调控问题，利用Floquet动力学和高频近似，发现圆偏振光可打开拓扑能隙、解除谷简并，实现谷量子反常霍尔态和最大光学谷极化，提出光开关拓扑谷滤波器方案。
2024-01-18 cond-mat.mes-hall
Electron-electron scattering effect on spin relaxation in multi-valley nanostructures
本文发展了多谷量子阱中电子-电子碰撞对Dyakonov-Perel自旋弛豫影响的理论。结果表明，控制自旋弛豫的电子-电子散射速率不同于单谷系统。该理论被应用到Si/SiGe（001）生长的量子阱中，其中两个谷同时被自由载流子填充。计算并讨论了自旋弛豫速率随温度、电子浓度和谷轨道分裂的变化关系。我们证明了在很宽的温度范围内，电子-电子碰撞可以控制高质量Si/SiGe量子阱中的自旋弛豫。
2009-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Floquet-engineered Valley Topology with Anisotropic Response in 1T'-WSe$_2$ and Janus WSeTe monolayers
本文通过Floquet工程在1T'-WSe₂和Janus WSeTe单层中实现谷拓扑相变，揭示了各向异性响应和谷极化QAH态的形成机制。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isotopically engineered silicon/silicon-germanium nanostructures as basic elements for a nuclear spin quantum computer
量子计算的概念是高科技领域最有前途的最新发展，而量子计算机的实验实现则是一个巨大的挑战。在所提出的模型中，特别有吸引力的是基于半导体的核自旋量子计算机（S-NSQC），其中核自旋被用作与电子自旋和轨道动力学耦合的量子自旋元素（“量子比特”）。在这里，我们提出了一个计划的基本要素的S-NSQC的实现内的现代纳米技术的成就。这些元素预计将基于核自旋控制的同位素工程Si/SiGe异质结，因为在这些半导体中，人们可以通过设计同位素组成来改变核自旋的丰度。提出了一种特定的装置，它允许人们使用核自旋磁态的电检测技术在量子水平上模拟记录、读取和信息传输的过程。对于具有相对较少数量的核的半导体系统，这种技术的改进可能会应用于未来S-NSQC中的核自旋“量子比特”的操纵。
2001-02-13 cond-mat.mes-hall
Electronic transport in a two-dimensional superlattice engineered via self-assembled nanostructures
纳米科学提供了一个独特的机会，通过低成本，解决方案处理组装纳米级构建模块，从下而上设计现代材料。这些系统承诺电子能带结构工程不仅使用纳米级结构调制，而且还使用介观尺度空间图案化，尽管后者的实验实现具有挑战性。在这里，我们设计和制造了一种新型的人工固体堆叠石墨烯的自组装，近周期性阵列的纳米球，并在实验上观察超晶格微带效应。我们发现电导下降在相称的填充载流子每个超晶格晶胞，这是由石墨烯晶格的准周期性变形引起的迷你带的关键特征。当晶格应变较大时，这些凹陷变得更强。利用紧束缚模型，模拟了晶格形变对原子间跃迁积分的影响，证实了超晶格的输运行为。这种二维材料-纳米颗粒异质结构通过自组装实现了简易的能带结构工程，有望用于大面积电子学和光电子学应用。
2018-08-03 cond-mat.mes-hall
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
Tailoring exchange interactions in engineered nanostructures: Ab initio study
我们提出了一种新的方法，在原子尺度的纳米结构的自旋操纵。我们的从头计算清楚地表明，它是可能的，通过调整系统的几何形状来调整亚纳米结构的磁性。通过两个基于表面的系统的例子，我们证明：（i）耦合到埋置磁性Co层的单个吸附原子的磁矩可以稳定在铁磁或反铁磁配置取决于间隔层的厚度。研究发现，Co埋层对表面两种磁性杂质之间的交换相互作用有着深刻的影响。(ii)磁性吸附原子之间的交换作用可以通过引入人工的Cu-Cu链来控制。
2008-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Gate-defined wires in twisted bilayer graphene: from electrical detection of inter-valley coherence to internally engineered Majorana modes
扭曲双层石墨烯（TBG）实现了一个高度可调的，强相互作用的系统，具有超导性和各种相关的绝缘状态。我们在TBG中建立了具有邻近诱导自旋轨道耦合的门定义线，作为揭示相关绝缘体性质的工具$(i)$和基于Majorana的拓扑量子位的平台$(ii)$。特别是，我们表明，能带结构的栅极定义的线沉浸在一个“谷间相干”相关绝缘体继承电可检测指纹的对称性破缺本地后者。在导线的一侧由超导TBG区域包围，在另一侧由谷间相干相关绝缘体包围，进一步使得能够形成马约拉纳零模式-甚至可能在零磁场下，这取决于存在的精确的破磁顺序。我们的方案不仅引入了一种依赖于内部产生的邻近效应的高度门可调拓扑量子比特介质，而且还可以揭示TBG中的库珀配对机制。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Detection of a large valley-orbit splitting in silicon with two-donor spectroscopy
我们测量了硅栅纳米线中浅孤立磷施主的大的谷轨分裂。这种分裂接近体值，远高于硅纳米结构的先前报告。这是确定使用双掺杂剂传输光谱，消除文物引起的环境。考虑到施主相对于Si/SiO $_2$界面和导线中的电场的位置的定量模拟表明，所发现的值与器件的几何形状一致。
2012-07-12 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
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
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
Light-engineered Multichannel Quantum Anomalous Hall Effect in High-order Topological Plumbene
通过光子调控，研究了plumbene中高阶拓扑绝缘体的多通道量子反常霍尔效应，实现了高陈数的可调性，为无损耗电子器件的发展提供新方向。
2025-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isotopically engineered silicon nanostructures in quantum computation and communication
天然硅由三种稳定同位素组成，原子质量分别为28（92.21%）、29（4.70%）和30（3.09%）。迄今为止，Si的同位素富集用于电子学中有两个目标：（i）制造具有高掺杂水平和杂质均匀分布的衬底，以及（ii）制造具有增强的热传导的衬底，这允许进一步的芯片小型化。对于第一个目的，使用Si-30富集Si，因为在核反应堆中通过热中子通量照射Si锭之后，该同位素转变成作为Si中的施主杂质的磷原子。用Si-30富集Si允许将掺杂水平增加到高达30倍，同时杂质分布具有高均匀性。第二个目的是实现在硅高度富集同位素Si-28，因为单同位素硅的特点是增强的热导率。同位素工程Si的新潜力是因为与自旋电子学和基于自旋器的核自旋量子计算机相关的基础和应用科学活动的新领域而显现出来的，其中电子和/或核自旋是操纵的对象。在这种情况下，控制核自旋的丰度是极其重要的。幸运的是，硅允许这样的控制，因为只有同位素Si-29具有非零的核自旋。因此，用同位素Si-29富集或耗尽Si将导致产生具有受控核自旋浓度的材料。两个例子的纳米器件的自旋电子学和量子计算，同位素工程硅的基础上，进行了讨论。
2004-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Quantum Confinement in Semiconducting van der Waals Heterostructure
半导体纳米结构中载流子的空间限制和操纵是实现量子电子器件的关键。由二维（2D）半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）制成的门限定纳米结构由于带边缘附近的受限载流子的谷自旋锁定而具有增加对量子自由度的独特额外控制的潜力。然而，由于普遍的不均匀性在导电通道，它一直难以实现量子限制在二维TMDC与良好控制的隧道耦合强度。在这里，我们证明了量子输运在横向栅极定义的二维电子量子点形成在原子薄TMDC异质结构。利用微制造的局部接触栅，在2D封装和光照在低温下，我们表明，TMDC 2D电子气（2DEG）的质量可以得到改善，使它们适合介观量子输运测量。我们观察到量子点接触（QPC）通道的量子化电导控制的栅极可调限制。我们还证明了单电子输运在TMDC量子点（QD）与可调隧道耦合。我们的观察为工程TMDC纳米结构中的自旋和谷自由度的量子操纵提供了希望，从而实现了多功能的2D量子电子器件。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall
Valley Emission and Upconversion in Isotopically Engineered Monolayer WS$_2$ under Resonant Excitation
本研究通过调控单层WS₂的硫同位素组成，结合低温强磁场共振光致发光测试，揭示了同位素对声子参与的上转换过程、能谷散射机制的调控规律，并建立了相应唯象模型，为二维材料谷电子学性能优化提供了新途径。
2025-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Tunable Kondo effect in a single donor atom
在单原子中观察到了近藤效应。该测量装置由一个单一的作为掺杂剂纳入硅纳米结构。掺杂剂的原子轨道可由栅极电场调节。当它们被调谐，使原子系统的基态成为两个硅谷的（近）简并叠加时，一种奇异的、迄今未观察到的谷近藤效应出现了。与规则自旋Kondo一起，可调谐的谷近藤效应允许可逆的电控制从SU（2）-到SU（4）-配置的Kondo基态的对称性。
2009-09-30 cond-mat.mes-hall
Electron-electron attraction in an engineered electromechanical system
量子点中的两个电子相互排斥：它们的相互作用可以用正的相互作用能来表征。从超导理论中，我们还知道晶格的机械振动可以使电子-电子相互作用吸引。类似地，如果量子点与机械自由度相互作用，则有效相互作用能可以是负的;也就是说，电子-电子相互作用可能是吸引的。在这项工作中，我们提出并从理论上研究了一个工程机电系统，表现出电子-电子吸引力：一个量子点悬挂在一个非线性机械谐振器，底部和顶部的栅电极调谐。我们专注于一个点嵌入在一个悬浮的石墨烯带的例子，我们确定的电子-电子吸引力的条件。我们的研究结果表明，在这样的设备，类似于在超导纳米结构，但没有使用任何超导元素的多个电子包的隧道电子传输的可能性。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall
Optical manipulation of valley coherence via Landau level transitions in black phosphorus and WTe2 monolayers
School of Science, Tianjin University of Commerce（天津商业大学理学院）；Hunan Provincial Key Laboratory of Intelligent Sensors and Advanced Sensor Materials, School of Physics and Electronics Science, Hunan University of Science and Technology（湖南科技大学物理与电子科学学院）
本文通过黑磷和WTe2单层的Landau能级跃迁操控谷相干性，显著增强谷量子干涉并展现独特的光谱特征。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall
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
Electron-electron interactions in bilayer graphene quantum dots
研究了在电子-电子相互作用下，通过对双层石墨烯上的纳米结构栅极施加偏压实现的抛物型量子点。能谱和相图揭示了作为磁场函数的意外转变。例如，与半导体量子点相比，我们发现了一个新的谷跃迁，而不仅仅是通常的单重态-三重态跃迁在相互作用系统的基态。这些新特征的起源可以追溯到双层石墨烯中的谷自由度。这些跃迁对回旋共振实验有重要影响。
2013-12-05 cond-mat.mes-hall
Electrostatically confined monolayer graphene quantum dots with orbital and valley splittings
无质量载流子的静电约束受到克莱因隧穿的阻碍。在石墨烯中避免这个问题主要依赖于雕刻出纳米结构或施加电位移场来打开双层石墨烯中的带隙。到目前为止，这些方法遭受边缘无序或电子的局部化控制不足。在这里，我们实现了一种替代的策略，在单层石墨烯，通过结合均匀的磁场和静电约束。使用扫描隧道显微镜的尖端，我们在块状石墨烯的朗道间隙中诱导出限制势，而不需要物理边缘。对费米能的局域态进行门控导致具有超过40个库仑峰的常规充电序列，其表现出7-20 meV的典型附加能量。第一轨道态的轨道分裂为4-10 meV，谷分裂约为3 meV。这些实验观察定量再现紧束缚计算，其中包括与对齐的六方氮化硼衬底的石墨烯的相互作用。所展示的限制方法似乎适合于产生具有超出传统技术范围的良好定义的波函数特性的量子点。
2016-08-09 cond-mat.mes-hall
Charge, Spin and Valley Hall Effects in Disordered Graphene
上世纪80年代初发现的整数量子霍尔效应，具有$e^2/h$倍数的霍尔电导的高度精确的量子化值，是由磁场和无序驱动的物质的拓扑状态的第一个迷人的表现，并且与非耗散电流的形成有关。2005年，在强自旋轨道耦合和外磁场消失的条件下，人们预言了自旋霍尔效应和量子自旋霍尔效应等新现象。最近，塞曼自旋霍尔效应和谷霍尔拓扑电流的形成已经分别在时间反转或反转破环条件下被引入基于石墨烯的系统。本文从量子输运的二维体系统（通过Kubo形式）和多末端纳米结构（通过Landauer-Büttiker散射和非平衡格林函数方法）的数值模拟的角度，对无序石墨烯中的所有这些霍尔效应进行了全面的综述。与通常的二维电子气相比，石墨烯中缺陷的存在产生了更复杂的电子特征，例如电子-空穴不对称性，缺陷共振或局域杂质态之间的渗透效应，这些特征与额外的自由度（亚晶格赝自旋，谷同位旋）一起带来了更高的复杂度并扩大了输运相图。
2016-10-31 cond-mat.mes-hall
Persistent Spin Textures in Semiconductor Nanostructures
半导体自旋电子学中的器件概念使得期望长的自旋寿命，并且通过量子信息处理方案对自旋控制的要求甚至更高。不幸的是，由于自旋-轨道耦合，半导体中的电子自旋通常会经历相当快的退相干。然而，在由锌半导体制成的二维量子阱中，自旋-轨道相互作用可以被设计成这样一种方式，即使在存在无序和缺陷的情况下，也会出现具有非常长自旋寿命的持久自旋结构。我们回顾了实验和理论发展这一主题的$n$掺杂和$p$掺杂的结构，我们讨论了可能的器件应用。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Control of valley dynamics in silicon quantum dots in the presence of an interface step
最近在硅纳米结构上的实验已经在可扩展的、长寿命的量子信息处理方面取得了突破。谷自由度在这些器件中起着基础作用，硅量子点的两个最低能量的电子态可以形成谷量子比特。在这项工作中，我们表明，在硅/势垒界面处的单原子高台阶诱导量子比特和面内电场的强相互作用，并分析这种增强的相互作用对量子比特动力学的后果。量子位状态的电荷密度通过界面步骤而不同地变形，从而允许通过谷到电荷转换的非破坏量子位读出。栅极诱导的平面内电场与界面台阶一起使得能够经由电驱动的谷谐振来快速控制谷量子位。我们计算单和双量子位门时间，以及弛豫和失相时间，并提出预测的参数范围内的门时间可以比弛豫时间短得多，失相减少。
2016-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Giant-atom-enabled quantum optics with valley-polarized photons
Quantum Advanced Research Center (QuARC), CSIC（量子先进研究中心 (QuARC)，西班牙国家科学研究委员会）；Institute of Fundamental Physics (IFF), CSIC（基础物理研究所 (IFF)，西班牙国家科学研究委员会）；National Institute of Optics (CNR-INO)（意大利国家光学研究所 (CNR-INO)）；European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS)（欧洲非线性光谱学实验室 (LENS)）
通过非本地耦合的双能级发射器实现谷极化光子的量子光学操控，利用人工晶格实现谷子选择性发射，产生具有确定谷特征的光子并继承 Berry 曳度，为实现单光子抗 disorder 的手性发射提供新途径。
2026-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Band-gap-engineered spin-phonon, and spin-spin interactions with defect centers in diamond coupled to phononic crystals
研究了金刚石缺陷中心与准一维声子晶体相互作用的自旋-声子系统。我们发现，一个单一的缺陷中心，耦合到声子晶体波导的带隙附近的声子模式，可以种子自己的声子腔模式与周围的缺陷中心的位置呈指数衰减的包络。自旋诱导声子腔，具有大大减少和可调的模式体积，允许相干声子介导的相互作用之间的远程自旋具有高度可调的范围，使访问各种远程相互作用的自旋模型。这项工作为探索量子多体物理和具有缺陷中心和周期性声子纳米结构的量子信息处理开辟了前景。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Acoustic quantum skyrmion-valley Hall effect
Nanjing University（南京大学）；Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University（南京大学先进微结构协同创新中心）
研究通过声学晶体制备了量子Skyrmion-谷Hall效应，利用带拓扑性实现稳健可控的Skyrmion传输，展示了实空间与动量空间拓扑的直接对应关系。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Valley and spin polarized broken symmetry states of interacting electrons in gated MoS$_2$ quantum dots
理解强相互作用的电子使材料，纳米结构和设备的设计成为可能。发展这种理解依赖于调整和控制电子-电子相互作用的能力，例如，将电子限制在具有减少的屏蔽的2D晶体的原子级薄层中。强相互作用在具有两个不等价的谷的六方晶格上的相互作用、拓扑矩和类伊辛自旋轨道相互作用产生了对应于谷和自旋极化破缺对称态的物质的各种相。在这项工作中，我们描述了一个高度可调的强相互作用系统的电子横向限制到单层过渡金属dichalcogenide的MoS $_2$的金属门。我们预测的谷和自旋极化破缺对称性状态的存在可调的抛物线约束势使用精确对角化技术高达$N=6$电子。我们发现，基态是由两个阶段之一，无论是自旋和谷极化或谷非极化，但自旋谷间反铁磁，这竞争作为电子壳层间距的函数。这一发现可以追溯到Ising类自旋轨道耦合和弱谷间交换相互作用的综合作用。这些结果提供了一个解释相互作用驱动的谷系统中的破磁效应，并突出了电子-电子相互作用的设计valleytronic器件的重要作用。
2020-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The effects of alloy disorder on strongly-driven flopping mode qubits in Si/SiGe
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；School of Physics, University of New South Wales（新南威尔士大学物理学院）
研究合金无序和电荷噪声对Si/SiGe中拍频模式自旋量子比特性能的影响，通过优化脉冲和谷配置实现高保真度操作。
2026-05-15 cond-mat.mes-hall
Spin quantum computation in silicon nanostructures
提出的硅基量子计算机架构已经引起了人们的关注，因为它们的可扩展性和协同利用与现有Si技术基础设施相关的可用资源的潜力。硅中浅施主（例如磷）的电子和核自旋是量子位的理想候选者，因为它们与环境的相互作用有限，自旋相干时间长。对于这些自旋量子位，浅施主交换门经常被调用来执行两个量子位操作。在这篇综述中，我们讨论了一个特别重要的自旋退相干通道，以及带结构对交换门控制的影响。具体来说，我们回顾了我们的工作，由于背景核自旋触发器的施主电子自旋光谱扩散，以及如何同位素纯化硅可以显着提高电子自旋退相时间。然后，我们审查我们的计算中存在的简并硅导带谷的施主电子交换耦合。我们发现，谷干扰导致的数量级变化时，电子交换耦合的施主配置在原子尺度上改变。这些研究说明了硅中施主电子/核自旋作为量子比特候选者的巨大潜力，同时也说明了它们带来的巨大挑战。特别是，我们的工作通过光谱扩散的自旋退相干点同位素纯化在可扩展的固态量子计算机架构的制造中的可能的重要性。我们还提供了一个关键的比较两个主要的建议自旋为基础的固态量子计算机架构，即浅施主束缚态的Si和本地化的量子点状态的GaAs。
2004-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Branched Flow in a Two-Dimensional Electron Gas
基于二维电子气（2DEG）的半导体纳米结构具有为传感、信息处理和量子计算提供新途径的潜力。关于2DEG纳米结构中的电子输运已经知道很多，并且已经发现了许多显著的现象（例如弱局域化、量子混沌、普遍电导波动）1，2-然而这些设备的基本方面，即电子如何通过它们移动，从未被澄清。关于电子流的实际模式的重要细节不指定的统计措施，如平均自由path. Scanned探针显微镜（SPM）测量允许空间调查的纳米结构，它最近已经成为可能的直接图像电子流通过2DEG设备使用新开发的SPM technologes 3 -13。在这里，我们提出了SPM图像的电子流从量子点接触（QPC），显示出意想不到的动态通道-电子流形成持久的，狭窄的，分支的通道，而不是顺利地蔓延风扇。这种流动的理论研究，包括杂质和施主原子的电子散射，表明通道不是由于在潜在的深谷，而是由小角度散射的间接累积效应。令人惊讶的是，通道装饰的干涉条纹远远超出了最简单的热平均参数建议他们应该found. These研究结果可能有重要意义的2DEG物理和未来的纳米结构器件的设计。
2000-10-23 cond-mat.mes-hall
Deterministic single-electron trapping on solid neon using engineered dielectric surface geometry
University of New South Wales（新南威尔士大学）
研究固态氖表面悬浮电子量子比特面临的问题，提出在其下方沉积介电层并选择性蚀刻以形成确定性势阱俘获电子的方法，通过模拟验证该方法，为量子信息处理提供了更可靠的平台。
2026-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast charge noise sensing using a spectator valley state in a singlet-triplet qubit
本文提出利用硅单重态-三重态量子比特中激发谷态作为旁观者自由度，通过色散读出谐振器实现对电荷噪声引起的交换涨落的实时快速检测，为量子操作的反馈与前馈控制提供新途径。
2025-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Negative exchange interaction in Si quantum dot arrays via valley-phase induced $\mathbb{Z}_2$ gauge field
本研究证明在无磁场硅量子点阵列中，谷相位差产生$\mathbb{Z}_2$规范场，可实现负交换相互作用，为交换型量子计算和量子磁性研究提供新途径。
2025-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronic localization and optical activity of strain-engineered transition-metal dichalcogenide nanobubbles
Institute of Physics, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学物理研究所）；Friedrich-Schiller Universität Jena, Institute for Condensed Matter Theory and Optics（耶拿弗里德里希·席勒大学凝聚态理论与光学研究所）；Center for Nanoscale Dynamics (CeNaD), Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学纳米动力学中心）
本研究通过从头计算揭示了应变工程过渡金属二硫化物纳米气泡的电子局域和光学活性特性，发现顶点局域价态跃迁主要为暗态，为量子材料优化提供了设计规则。
2026-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust Spin Splitting and Strain-Controlled Optical Response in Monolayer CrC2N4 for Valleytronic and Optoelectronic Applications
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程技术大学）；Jinling Institute of Technology（金陵科技学院）
通过第一性原理计算，研究了单层CrC2N4在双轴应变下的电子、谷、电荷转移和光学性质，发现SOC产生谷对比自旋分裂，应变可调带隙和光学响应，为谷电子和光电子器件提供平台。
2026-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electrically Engineered Band Gap in Two-Dimensional Ge, Sn, and Pb: A First-Principles and Tight-Binding Approach
采用第一性原理计算研究了在外加电场和自旋轨道耦合作用下，Ge、Sn和Pb的二维电子结构.为了与第一性原理计算的结果相一致，我们采用了基于四个轨道和一个有效单轨道的紧束缚计算.特别是，电子能带结构和带分裂的研究与这两个模型。此外，简单的$k\cdot p$模型也被认为是为了理解在存在外部电场和自旋轨道耦合的带分裂。得到了大的分裂，这有望是有用的自旋电子器件。第一原则，$k\cdot p$模型，和紧束缚的方法之间的公平协议导致一个表的参数，为未来紧束缚的研究六角形2-D纳米结构。利用紧束缚参数，研究了自旋轨道耦合下两个半无限大电极间典型的0-D三角形量子点的输运性质。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-hybridized gate-tunable 1D exciton confinement in MoSe2
该研究通过非均匀面内电场在MoSe2中实现一维激子限制，利用栅极可调谷杂化控制发射偏振，并可通过空间几何或磁场完全调控，为激子工程提供新途径。
2023-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Robust quantum engineering of current flow in carbon nanostructures at room temperature
针对碳纳米电子学中室温下量子干涉调控电流的有效性问题，结合分子动力学模拟与量子输运计算研究纳米多孔石墨烯，证实量子干涉室温下仍存在，为室温碳基量子纳米电路奠定基础。
2024-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineered spin-orbit interactions in LaAlO$_3$/SrTiO$_3$-based 1D serpentine electron waveguides
对理解、设计和合成新形式量子物质的探索指导了当代凝聚态物理的许多研究。一维（1D）电子系统形成了量子物质的一些最有趣和奇异相的基础。实验上可获得的弹道1D电子系统的种类是高度受限的，并且此外，这些系统除了电场和磁场之外通常具有很少的调谐参数。然而，由二维（2D）LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$异质界面形成的电子波导表现出显著的一维性质，包括弹道多模输运和强吸引电子-电子相互作用，但这些系统明显缺乏强的或可调的自旋轨道相互作用。在这里，我们描述了一类新的准一维纳米结构，基于LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$电子波导，其中施加了正弦横向空间调制。用这种“蛇形”调制产生的纳米线在子带光谱中显示出独特的色散特征，即（1）自旋相关子带最小值的显著偏移（$\sim$ 7特斯拉），以及（2）分数电导平台，其中一些是用磁场连续可调的。第一个属性可以被理解为与电子的周期性加速相关联的工程自旋-轨道相互作用，因为它们通过纳米线波动（弹道地），而第二个属性表示由于施加的周期性结构而在该系统中存在增强的电子-电子散射。在量子线中设计这些相互作用的能力有助于一维固态量子模拟平台的工具集。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Contact-Governed Macroscopic Signatures of Strain-Induced Valley Sorting in MoS$_2$ Field-Effect Transistors
BITS Pilani, Dubai Campus（印度理工学院比拉尼校区迪拜分校）
本研究通过将量子谷偏转张量嵌入宏观输运模型，揭示应变诱导谷排序效应在MoS₂晶体管中主要由金属接触界面决定，而非体区，并提出了谷拓扑接触电阻及逆长度标度律，为二维材料谷电子学器件设计提供指导。
2026-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning quantum tunneling in WSe$_2$ via strain engineering
Chouaïb Doukkali University（舒艾布·杜卡利大学）；Universidad de La Serena（拉塞雷纳大学）；Universidad de Tarapacá（塔拉帕卡大学）
基于低能Dirac框架和Landauer-Büttiker形式，理论研究了单层WSe$_2$中应变对自旋和谷分辨传输、电导及极化的调控作用，揭示了应变作为有效调谐参数可显著改变量子干涉和共振隧穿行为，为自旋电子学和谷电子学器件设计提供新途径。
2026-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Hall Andreev Conversion in Graphene Nanostructures
Duke University（杜克大学）
本研究通过紧束缚模型分析石墨烯纳米结构的量子霍尔安德烈耶夫转换，发现部分透明界面会改变混合模式特性，且量子霍尔 regime 中该转换比无磁场时更鲁棒。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Microwave spectroscopy of few-carrier states in bilayer graphene quantum dots
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
利用cQED技术研究双层石墨烯量子点中少载流子态的微波光谱学，揭示自旋和谷态特性，展示其在量子比特操控中的应用潜力。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Storing quantum information for 30 seconds in a nanoelectronic device
半导体中电子或原子核的自旋[1]自然地实现了量子信息的单位-量子比特-同时提供了与现有电子工业的技术联系[2]。然而，固态环境可能会在量子位和周围原子的核自旋之间提供有害的相互作用[3]，或者在缺陷，氧化物和界面中提供电荷和自旋波动[4]。对于IV族材料，例如硅，自旋零28-Si同位素的富集大大降低了自旋浴退相干[5]。28-Si晶体中体自旋系综的实验确实证明了非凡的相干时间[6-8]。然而，目前还不清楚这些是否会持续在单自旋水平，在门控纳米结构附近的非晶界面。在这里，我们提出了一个顶栅纳米结构，同位素工程28-Si衬底上制造的个别31-P电子和核自旋量子比特的相干操作。我们报告了固态任何单个量子位的相干时间（> 30秒）和控制保真度（> 99.99%）的新基准，并进行了详细的噪声光谱学[9]，以证明-与普遍的看法相反-相干性不受界面附近的限制。我们的研究结果代表了控制和理解纳米结构中的自旋量子位的根本性进展。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi Moire Networks in Engineered Lateral Hetero-Bilayers: Programmable Phononic Reconfiguration and Second Harmonic Generation
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）；Aarhus University（奥胡斯大学）；Indian Institute of Technology Goa（印度理工学院果阿分校）；Indian Institute of Science Education and Research Tirupati（蒂鲁帕蒂科学教育研究所）；KIIT Deemed to be University（KIIT认定大学）
研究通过垂直堆叠CVD生长的单层横向异质结构构建可扩展多莫尔网络，利用两种晶格弛豫模式调控声子等，借助微角分辨光电子能谱等手段研究相关特性，实现二次谐波调制，为光应变电子学等提供可编程平台。
2026-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
