Kinetic theory of surface plasmon polariton in semiconductor nanowires
基于表面等离子体激元的半经典模型哈密顿量和非平衡格林函数方法，提出了一种研究电子散射对半导体纳米线中表面等离子体激元动力学行为影响的微观动力学理论.表面等离子体极化激元的阻尼源于电子的共振吸收（朗道阻尼），并且相应的阻尼表现出尺寸依赖的振荡和明显的温度依赖性，而没有任何散射。散射通过向共振引入加宽和移位来影响阻尼。为了证明这一点，我们研究了在InAs纳米线中存在的电子杂质，电子声子和电子电子库仑散射的表面等离子体极化激元的阻尼。电子-杂质散射和电子-声子散射的主要作用是引起展宽，而电子-电子库仑散射不仅引起展宽，而且引起共振位移。对于InAs纳米线的调查，由于电子-声子散射的展宽占主导地位。因此，散射对表面等离子体极化激元的阻尼有显著的影响：在散射的存在下，尺寸相关的振荡被消除，温度相关性也被抑制。这些结果表明了散射对半导体纳米线表面等离子体激元阻尼的重要作用。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moderate bending strain induced semiconductor to metal transition in Si nanowires
适当的弯曲应变（约3%）足以在直径约4 nm的Si纳米线中诱导超导体-金属转变。利用分子动力学和量子输运模拟研究了弯曲对直径为1 nm ~ 4.3 nm的硅纳米线的影响。分析了纳米线中的局部应变以及弯曲应变和纳米线直径对电子输运和透射能隙的影响。有趣的是，发现相对较宽的纳米线在相对较低的弯曲应变下经历超导体-金属转变。弯曲应变对电子性质的影响，然后与传统的应变方式，即单轴，这表明，弯曲是更有效的应变方式，以提高电子输运，也诱导实验可实现的Si纳米线的超导体-金属转变。
2017-03-13 cond-mat.mes-hall
Hard gap in epitaxial semiconductor-superconductor nanowires
超导性的许多现在和未来的应用将受益于载流子密度和隧穿速率的静电控制，这是半导体器件的标志。一个特别令人兴奋的应用是实现拓扑超导性作为量子信息处理的基础。基于半导体纳米线中的邻近效应的这一方向的提议很有吸引力，因为关键成分目前已经掌握。然而，以前的情况下，接近半导体显示显着的隧道电导低于超导能隙，这表明一个连续的subgap状态-一种情况，使拓扑保护无效。在这里，我们报告了一个硬超导能隙诱导的邻近效应在半导体中，使用外延Al-InAs超导体-半导体纳米线。硬间隙，以及良好的材料性能和栅极可调谐性，使这种新的混合系统的一些应用程序，以及介观超导的基础研究有吸引力。
2015-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Majorana excitons in a Kitaev chain of semiconductor quantum dots in a nanowire
本文提出Majorana激子理论，研究光激发电子-空穴对与纳米线量子点Kitaev链中Majorana费米子的相互作用，并通过解析与精确对角化方法在吸收光谱中证实Majorana零模的存在。
2023-06-30 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit interaction in core-shell semiconductor-metal nanowires
Reykjavik University（雷克雅未克大学）；Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）
研究半导体纳米线中电子的自旋-轨道相互作用，分析界面势对自旋轨道耦合强度和波函数局域化的影响。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall
Hot electron dynamics in a semiconductor nanowire under intense THz excitation
本研究通过太赫兹泵浦/中红外探针近场技术，观察Si掺杂GaAs-InGaAs核壳纳米线中自由载流子激发导致的等离子体共振红移，归因于导带电子加热，并用双温度模型定量分析不同泵浦功率下的电子气温度动力学。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polar optical phonons in core-shell semiconductor nanowires
利用唯象连续介质模型，得到了半导体核壳纳米线的长波长极性光学振动模。导出了解空间的基，并通过施加适当的边界条件，得到了耦合和非耦合模态的超越方程。我们的结果被应用到研究的GaAs-GaP核-壳纳米线，我们数值计算的极性光学模式，分析的作用，应变的振动特性的这种纳米系统。
2013-06-24 cond-mat.mes-hall
Weyl points in the multi-terminal Hybrid Superconductor-Semiconductor Nanowire devices
超导体-半导体纳米线器件的技术在过去几年中在拓扑量子计算的探索中已经成熟。这使得制造更复杂和精密的装置成为可能。我们研究了多端超导-半导体线，以获得另一种拓扑现象的可行性：它们的谱中的外尔奇异性。我们已经发现了丰富的外尔奇点的设备与中间尺寸的电极。我们描述了它们的属性和方式的奇点出现和消失时的设置参数的变化。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall
Josephson Current through a Semiconductor Nanowire: effect of strong spin-orbit coupling and Zeeman splitting
我们研究了在外加磁场作用下存在自旋轨道耦合和塞曼分裂的半导体纳米线的相干输运。通过采用解析和数值方法，我们发展了超导体-半导体晶体-超导体结构中约瑟夫森效应的理论。我们发现，约瑟夫森电流通过清洁的半导体纳米线表现出一些有趣的功能，由于塞曼分裂和自旋轨道耦合之间的相互作用。我们还研究了纳米线中的无序对Andreev束缚态能谱的影响，并计算了结处的局域态密度。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Monte Carlo simulation of spin relaxation in nanowires and 2-D channels of II-VI semiconductors
我们分析了各种II-VI族半导体纳米线结构和2-D沟道的自旋弛豫行为，通过模拟自旋极化输运通过半经典方法。采用蒙特卡罗模拟方法对模型进行了模拟。D 'yakanov-Perel机制和Elliot-Yafet机制是II-VI族半导体自旋弛豫的主要机制。分析了自旋弛豫长度随外场的变化，并与二维沟道作了比较。在1 kV/cm的外场下比较了不同II-VI族半导体的自旋弛豫长度，以了解影响它们自旋退相的主要因素。在众多的实验结果中，最值得注意的是纳米线中的自旋弛豫长度比二维沟道中的自旋弛豫长度大许多倍。
2011-11-11 cond-mat.mes-hall
Hybrid superconductor-semiconductor nanowire junctions as useful platforms to study Majorana bound states
一维拓扑超导的最有前途的平台之一是基于具有强自旋轨道耦合（SOC）的半导体纳米线，其中s波超导性由邻近效应诱导，并且外部塞曼场驱动系统进入拓扑超导相，其中Majorana束缚态（MBS）在线的末端。在过去的几年里，这个想法导致了大量的重要实验中的混合超导体半导体系统，其中的主要签名是一个紧急的零偏置峰（ZBP）的微分电导塞曼场的增加。本论文的重点是研究的半导体纳米线与Rashba SOC的混合超导半导体结。我们强调的重要性，采用混合超导半导体纳米线结对明确检测MBSbeyond零偏置异常。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall
Modified valence force field approach for phonon dispersion: from zinc-blende bulk to nanowires
正确估计超尺度CMOS和热电半导体器件的热特性需要在这样的结构中进行精确的声子建模。本文详细介绍了用改进的价力场方法计算锌半导体中声子色散的方法。在引入适当的边界条件后，将模型从体材料扩展到纳米线材料。声子计算的计算需求随着导线横截面尺寸的增加而迅速增加。结果表明，纳米线的声子谱与体分散体有很大的不同。这表现在这些导线中不同的物理和热特性的形式上。我们相信，这种模型和方法将证明有利于在下一代超尺度半导体器件的晶格动力学的理解。
2010-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kondo physics in tunable semiconductor nanowire quantum dots
我们在强耦合半导体纳米线量子点中观察到了近藤效应。这些器件由砷化铟纳米线制成，通过分子束外延生长，并与钛导线接触。器件的透明性可以通过改变栅电极上的电势来调节，并且为了增加透明度，主导输运的效应从库仑阻塞变化到具有近藤物理出现在中间区域的普适电导涨落。
2006-08-22 cond-mat.mes-hall
Direct Observation of Acoustic Phonon Confinement in Free-Standing Semiconductor Nanowires
与电子波类似，半导体中的声子态也会经历由外部边界引起的变化。在具有周期性调制的弹性常数或质量密度的结构（称为声子晶体）中声学声子谱的修改已被实验证明并在实际应用中使用。通过空间限制改变单个纳米结构中的声学声子谱的可能性将为控制纳米尺度下的声子-电子相互作用和热传导带来巨大的好处。然而，尽管强大的科学和实践的重要性，决定性的实验证据的声学声子限制在个别独立的纳米结构，如纳米线，仍然失踪。长度尺度，在声子色散经历的变化和声子群速度减少的可能性，进行了辩论。在这里，我们利用专门设计的高品质GaAs纳米线（NW）具有不同的直径，D，和大的纳米线间的距离，直接演示声学声子限制。用布里渊-曼德琉斯光谱进行的测量揭示了在D大至~128 nm的NW中频率从4 GHz至40 GHz的受限声子极化分支，即在长度尺度上，其超过GaAs中的“灰色”声子平均自由程几乎一个数量级。声子色散的修改和声子能量标度与D在个别纳米线是在良好的协议与理论。所获得的结果可以导致更有效的声学声子的纳米级控制，有利于纳米电子学，热电能量转换，热管理，和新的自旋电子技术。
2016-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
k.p theory of freestanding narrow band gap semiconductor nanowires
我们报告的理论研究的独立纳米线的电子结构的窄带隙半导体GaSb，InSb和InAs。纳米线用八带k.p哈密顿量描述，能带结构用有限元方法计算，混合基由纳米线内部的线性三角形单元和边界附近的约束Hermite三角形单元组成.考虑了具有[001]和[111]两种晶向以及不同截面形状的纳米线。对于每一个取向，三个窄带隙半导体的纳米线被发现在能带结构中表现出定性相似的特性。然而，沿着两个不同的晶体学方向取向的纳米线被发现在价带中显示出不同的特征。特别地，我们发现在[001]和[111]取向的纳米线中，所有的导带都表现出简单的、良好的抛物线色散，而在[001]取向的纳米线中，顶部的价带表现出双峰结构，而在[111]取向的纳米线中，顶部的价带表现出单峰结构。计算了这些纳米线中能带态的波函数和旋量分布。研究发现，这些窄带隙半导体纳米线的能带中出现了电子和空穴态的显著混合。在沿[001]方向取向的纳米线和沿[111]方向取向的纳米线中，波函数表现出非常不同的分布模式。单带有效质量理论不能再现本文提出的所有带态波函数。
2016-07-10 cond-mat.mes-hall
Epitaxy of Semiconductor-Superconductor nanowires
控制半导体/金属界面的性质是设计功能和提高电子器件性能的有力方法。近年来，半导体/超导体混合体作为一个重要的例子出现，其中界面原子尺度的均匀性对感应超导能隙的质量起着关键作用。在这里，我们提出了外延生长的超导金属核壳纳米线的分子束外延，一种方法，提供了一个概念上的新路线，以控制电接触的纳米结构和设计设备的专门应用，如拓扑和门控超导电子。我们的材料的选择，InAs/Al，生长与外延匹配的单平面界面，和替代半导体/金属组合，允许外延界面匹配的纳米线进行了讨论。我们制定的连续参数和双晶对称性的一般条款的金属相的晶粒生长动力学。该方法实现了均匀界面的极限，有望解决超导混合结构中的软间隙问题。
2014-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Ballistic superconductivity in semiconductor nanowires
半导体纳米线由于其受限的几何形状和静电可调性，为量子输运开辟了新的研究途径。它们为超导性提供了一个特殊的试验平台，从而实现了将超导体的宏观量子特性与控制电荷到单个电子的可能性相结合的混合系统。这些进展使半导体纳米线成为实现拓扑超导性和马约拉纳模式的最前沿。从Majoranas的拓扑性质中受益的主要挑战是减少混合纳米线器件中的无序。在这里，我们展示了InSb半导体纳米线的弹道超导性。我们的结构和化学分析表明，纳米线和NbTiN超导体之间的高质量的界面，使弹道输运。这表现为正常载流子的量子化电导，Andreev反射载流子的强烈增强的电导，以及具有显着降低的态密度的诱导硬间隙。这些结果为无无序的马约拉纳器件铺平了道路。
2017-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin-orbit Energies in Etch-Confined Superconductor-Semiconductor Nanowires
本文报道了准一维（1D）Al-InAs纳米线的磁输运测量结果，该纳米线是通过刻蚀混合超导体-半导体二维电子气（2DEG）制备的。超导能隙上方的隧道光谱测量提供了识别与受限1D区域相关联的1D子带的手段。将数据拟合到包括自旋轨道相互作用（SOI）的不同分量的模型，揭示了它们的强度，这对于评估超导体-半导体2DEG实现马约拉纳量子比特的适用性是有意义的。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall
Lattice Vibrational Modes and their Frequency Shifts in Semiconductor Nanowires
利用第一性原理计算研究了硅纳米线的晶格振动模式及其拉曼活性。两种类型的特征振动模式进行检查：高频光学模式和低频限制模式。它们的频率具有相反的尺寸依赖性与红移的光学模式和蓝移的限制模式的SiNWs的直径减小。此外，我们的计算表明，这些振动模式可以通过拉曼散射测量检测到，提供了一种有效的方法来估计SiNW的大小。
2011-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Optical absorption of semiconductor 2D Majorana nanowires
计算了平面二维Majorana纳米线的光吸收截面。光是用偶极近似来描述的。我们讨论了近零能量模式的截面上的特征。横向极化的低能量峰，在纵向的缺席，揭示了马约拉纳状态的存在。该峰值相对于水平职业的热拖尾是稳健的。我们考虑的影响，光学掩模隐藏部分纳米线的光。
2015-01-23 cond-mat.mes-hall
Photonic thermal conduction by infrared plasmonic resonators in semiconductor nanowires
由于光子的低能量密度和被快速吸收的趋势，光子通常对固体内的热传输没有贡献。我们提出了一个实用的材料系统-红外等离子体共振器嵌入在半导体纳米线-利用近场电磁耦合，实现光子热传输可比的电子和声子的贡献。我们分析表明，光子热导率高达约1 W m-1 K-1的10 nm直径的硅和InAs纳米线含有重复谐振器在500 K。纳米线系统在各向同性环境中的性能优于等离子体粒子，并为光子热传输提供了一条超过声子和电子的途径。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall
Effects of gate-induced electric fields on semiconductor Majorana nanowires
我们研究了栅感应电场对超导体-超导体混合纳米线性质的影响，这种混合纳米线是实现拓扑超导性和Majorana零模的一个有前途的平台。使用自洽的薛定谔-泊松方法，描述了半导体和超导体在平等的基础上，我们能够访问强隧穿制度，并确定施加的栅极电压对半导体和超导体之间的耦合的影响。我们讨论了如何修改的物理参数，如诱导的超导能隙和Landé g因子的半导体中的状态密度的重新分布后，施加外部栅极电压的接口。最后，我们绘制了InAs/Al纳米线的拓扑相图作为磁场和栅极电压的函数。
2018-08-13 cond-mat.mes-hall
Electronic structures of free-standing nanowires made from indirect bandgap semiconductor gallium phosphide
我们提出了一个独立的纳米线的电子结构的理论研究，由磷化镓（GaP）-一个III-V族半导体与间接体带隙。我们考虑了具有正方形和矩形截面的[001]取向GaP纳米线，以及具有六边形截面的[111]取向GaP纳米线。基于紧束缚模型，计算了纳米线的能带结构和波函数。对于[001]取向的GaP纳米线，其能带呈现出反交叉结构，而对于[111]取向的GaP纳米线，其能带呈现出交叉结构。在导带中观察到两个极小值，而价带的最大值总是在$Γ$ -点。利用双群理论分析了不同尺寸和方向的GaP纳米线的最低导带态和最高价带态的对称性。利用空间概率分布计算了纳米线的最低导带和最高价带的带态波函数。为了实际应用，我们拟合了纳米线中电子和空穴的限制能，得到了一个经验公式。
2016-06-08 cond-mat.mes-hall
Majorana bound states and zero-bias conductance peaks in superconductor/semiconductor nanowire devices
理论研究表明在纳米线的末端出现了马约拉纳束缚态。已经执行了对所述概念的实验验证，例如，在其中超导能隙、自旋轨道耦合和外部磁场之间相互作用允许产生零能量束缚态的超导体/半导体纳米线器件中。最近的实验提出了一个拓扑相图的有效化学势的局部修改。我们讨论了这种可能性，使用半无限S/N结形式的实验系统的模型。我们计算的零偏置微分电导$G$的情况下的均匀系统，以及在存在的栅极电压。研究了系统中电导与有效能隙的关系。我们证明了$G$可以再现磁场-栅压参数空间中的拓扑相图。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Light-Matter Interaction and Lasing in Semiconductor Nanowires: A combined FDTD and Semiconductor Bloch Equation Approach
我们提出了一个时域模型，用于模拟任意几何形状和各种激发条件下的半导体中的光-物质相互作用。电磁场的处理经典的时域有限差分法。在屏蔽Hartree-Fock近似下，利用包含多体效应的半导体Bloch方程描述了半导体材料的极化和占据数。利用随机驱动项引入了自发发射噪声。作为该模型的一个应用，我们提出了纳米线激光器的动力学模拟，包括光泵浦，种子的自发发射和激光模式的选择。
2014-12-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Signature of Majorana Fermions in Charge Transport in Semiconductor Nanowires
我们研究了半导体纳米线在垂直磁场中的电荷输运，该纳米线与\textit{s}波超导体部分接触。我们发现，在一定的参数范围内，存在于纳米线超导截面与正常截面之间的界面处的Majorana费米子，可以在界面处引起电子的共振Andreev反射，从而在纳米线的电导中产生零能量峰.表征了不同实验参数下零能电导峰的宽度。虽然零能量峰在一维纳米线中提供了Majorana费米子的签名，但由于二维中存在其他边缘态，因此在具有相同实验设置的二维半导体薄膜中它消失了。提出的电荷输运实验为半导体纳米线中马约拉纳费米子的探测提供了一种简单可行的方法。
2012-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Laser-Driven Growth of Semiconductor Nanowires from Colloidal Nanocrystals via the Young-Laplace Effect
通过基于蒸汽和溶液的工艺生产纳米线的能力已经将纳米线材料系统推向了广泛的技术应用。传统的基于蒸气的纳米线合成已经能够精确控制纳米线的组成和相。然而，基于蒸汽的纳米线生长采用具有专门的压力管理系统的批量工艺，该压力管理系统被设计成在高温下操作，限制了产量。最近开发的基于溶液的纳米线生长工艺具有改进的可扩展性，但可能需要更广泛的压力和温度管理系统。在这里，我们展示了一个连续流，基于溶液的纳米线生长过程，利用大的杨氏-拉普拉斯界面的表面压力和集体加热效应的胶体金属纳米晶体照射下驱动半导体纳米线生长光热，而不需要高压或高温设备。在这个过程中，激光照射含有金属纳米晶体和半导体前体的溶液。在光吸收时，金属纳米晶体快速加热，引起半导体前体分解和纳米线生长。该过程在标准条件下在简单玻璃器皿中的工作台上进行。为了证明这种技术的一般性，我们合成了三种不同的半导体纳米线材料系统：铋种子锗纳米线，铋种子硒化镉纳米线，铟种子锗纳米线。这个过程的简单性和多功能性打开了一系列的实验和技术，包括在线组合识别优化的反应参数，原位光谱测量研究基于溶液的纳米线生长，和潜在的生产纳米线与复杂的组合物或合理地掺入掺杂剂。
2020-07-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Monte Carlo simulation of spin polarized transport in nanowires and 2-D channels of III-V semiconductors
利用半经典蒙特卡罗方法模拟了电子沿III-V族纳米线和二维III-V族沟道的自旋极化输运。研究了不同III-V族锌掺杂材料在不同温度、外场等条件下的自旋弛豫长度特性。III-V族沟道中的自旋退相是由D 'yakonov-Perel（DP）弛豫和Elliott-Yafet（EY）弛豫引起的。纳米线中的自旋退相长度大于二维沟道中的自旋退相长度。
2011-11-11 cond-mat.mes-hall
Engineering tunnel junctions on ballistic semiconductor nanowires
纳米线器件的典型测量依赖于端到端测量来揭示介观现象，例如量子化电导或库仑阻塞。然而，创建纳米级隧道结允许人们直接测量其他属性，如态密度或电子能量分布函数。在本文中，我们演示了如何实现均匀的隧道结的InSb纳米线，其中低侵入保存纳米线中的弹道输运。隧道结的效用是通过使用超导隧道探针，揭示非平衡性质的InSb纳米线的开放量子点制度的测量证明。在InSb纳米线上制造高质量隧道结的方法适用于其他III-V族纳米线，并允许新的工具来表征局域态密度。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Floquet metal to insulator phase transitions in semiconductor nanowires
我们研究了半导体纳米线在强共振时间周期驱动下的稳态。稳态产生于电子-声子散射、电子-空穴通过光致发射的复合和俄歇散射过程之间的平衡。我们表明，调整驱动场的强度驱动电子空穴金属（EHM）相和Floquet绝缘体（FI）相之间的过渡。我们研究控制这种转变的临界点。EHM到FI的转变可以通过监测密度-密度响应函数中与EHM相的费米动量相关的峰的存在来观察，而FI相中不存在。我们的研究结果可能有助于指导未来的研究对诱导新的非平衡态阶段的物质周期性驱动。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Local spin polarisation of electrons in Rashba semiconductor nanowires: effects of the bound state
从理论上研究了两种典型半导体纳米线中电子在Rashba自旋轨道相互作用（SOI）调制下的局域自旋极化（LSP）。通过自旋分辨晶格格林函数方法，考虑了SOI和结构诱导的束缚态对LSP的影响。研究发现，由于束缚态与Rashba有效磁场之间的相互作用，纳米线内部形成了具有不同极化符号的高自旋密度岛.进一步的研究表明，由结构诱导的束缚态形成的自旋密度岛对无序具有很强的鲁棒性。这些发现可能为在半导体中产生局部磁矩和存储信息提供一种有效的方法。
2012-03-25 cond-mat.mes-hall
Control of surface induced phase separation in immiscible semiconductor alloy core-shell nanowires
半导体纳米线已被证明表现出新颖的光电性能，相对于由相同材料制成的块状试样。然而，如果半导体合金在其相图中具有可熔性间隙，则在平衡时它将相分离，导致上述性能的劣化。防止这种分离的一种方法是在低温下生长材料，从而抑制动力学。这种生长通常需要随后进行高温退火，以去除系统中不期望的生长诱导缺陷。在这项研究中，我们提出了一种方法来控制相分离的核壳纳米线在高温退火过程中通过剪裁几何形状和应变。使用相场模型，我们确定，在纳米线的相分离开始在自由表面和传播到散装。我们发现，包括一个薄壳周围的核心延迟相分离，而厚壳抑制分离几乎完全。
2017-01-13 cond-mat.mes-hall
Tunable Supercurrent Through Semiconductor Nanowires
纳米尺度的超导体-半导体混合器件是由InAs半导体纳米线与铝基超导体电极单独接触组装而成的。低于1 K，接触的高透明度引起邻近诱导的超导性。纳米线形成超导弱连接，作为介观约瑟夫森结，具有电可调耦合。超电流可以通过作用于纳米线中的电子密度的栅极电压来接通/关断。栅极电压的变化会引起正常态电导的普遍波动，这与临界电流波动明显相关。交流约瑟夫森效应引起微波辐照下伏安特性的夏皮罗台阶。
2005-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Disorder effects on Majorana zero modes: Kitaev chain versus semiconductor nanowire
在过去的十年中，超导体-半导体纳米线中的Majorana零模得到了广泛的研究。无序仍然是一个严重的问题，阻碍了拓扑马约拉纳束缚态的确定性观察。因此，这是值得重新审视的简单模型，Kitaev链，并研究弱和强无序对Kitaev链的影响。通过比较Kitaev链中的无序与纳米线中的无序的作用，我们发现无序影响这两个系统，但在一个非普遍的方式。一般来说，无序对纳米线的影响比Kitaev链强得多，特别是对于弱到中等无序。对于强无序，由于普遍的安德森局域化，Kitaev链和纳米线都表现出随机的无特征行为。因此，只有消失和强无序制度是普遍的，分别表现出拓扑超导性和安德森局域化，但实验相关的中间无序制度是非普遍的与细节依赖于系统中的无序实现。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall
Subband occupation in semiconductor-superconductor nanowires
子带占有率（即半导体中被占据的子带或能级的数量）是表征超导体-半导体混合系统在搜索非阿贝尔马约拉纳零模的上下文中的拓扑性质的关键物理参数。通过自洽求解半导体纳米线传导电子的薛定谔-泊松方程，从理论上研究了半导体纳米线器件的子带占据随外加栅电位、超导体-超导体（SM-SC）功函数差和表面电荷密度的变化.现实的表面电荷密度，这是负责带弯曲，显着增加被占用的子带的数量，使得它很难或不可能达到一个政权，只有几个子带被占用。我们还表明，子带之间的能量分离显着减少，在许多被占用的子带的制度，具有高度有害的后果，实现和观察强大的马约拉纳零模式。因此，实现强大的拓扑超导性和马约拉纳零模式的要求应该包括一个较低的化学势值，符合占领只有几个子带。最后，我们表明，暴露的纳米线刻面上的局部态密度提供了一个强大的工具，用于识别一个政权与许多占用的子带，并能够提供额外的关键信息，马约拉纳物理学的可行性在超导体超导设备。在我们的工作中，我们解决了目前实验感兴趣的InAs/Al和InSb/Al超导纳米线混合系统。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall
Selective Area Superconductor Epitaxy to Ballistic Semiconductor Nanowires
半导体纳米线如InAs和InSb是研究Majorana零模和证明拓扑量子计算相关的非阿贝尔粒子交换的有前途的材料。虽然纳米线中马约拉纳束缚态的证据已经被证明，但这些实验中的大多数都以显著的无序为特征。特别是，超导体和纳米线之间的界面不均匀性被强烈认为是无序和由此产生的软超导能隙普遍存在于混合超导体-超导体系统的隧穿研究中的罪魁祸首。此外，纳米线系统中缺乏弹道输运可以产生模拟马约拉纳签名的束缚态。我们解决这些问题，通过选择性区域外延的Al到InSb纳米线，适用于其他纳米线和超导体的技术的发展。外延InSb-Al器件通常具有硬超导能隙，并表现出弹道一维超导性和在单模区中的超导电流的接近完美的传输，为工程和控制一维拓扑超导性提供了条件。此外，我们证明了外延InSb-Al超导岛设备，基于马约拉纳的量子计算应用的构建块，使用选择性区域外延制备可以实现微米级弹道一维传输。我们的研究结果为量子器件应用的弹道超导电子学网络的发展铺平了道路。
2018-09-11 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric properties of semiconductor nanowire networks
为了研究半导体纳米线（NW）网络的热电（TE）特性，我们提出了一种理论方法，将TE网络映射到双端口网络上。与传统的单端口（即，电阻器）网络模型，我们的模型允许大规模的计算显示收敛的TE品质因数，$ZT$，随着越来越多的结。利用该模型，对Bi $_2$ Te $_3$分支纳米线（BNW）和Cayley树纳米线（CTNW）网络进行了数值模拟.我们发现，声子散射在网络的交界处起着主导作用，在增强网络$ZT$。具体而言，无序BNW和CTNW表现出一个数量级更高的ZT增强相比，其有序的同行。在CTNW中形成优先TE路径使得网络有效地表现为BNW对应物。我们提供了一个单一的T-结的实验可测TE参数上铰链模拟大规模的纳米线网络的形式主义。
2015-12-04 cond-mat.mes-hall
Tuning Rashba spin-orbit coupling in homogeneous semiconductor nanowires
我们使用$\vec{k}\cdot\vec{p}$理论来估计大型半导体纳米线中的Rashba自旋轨道耦合（SOC）。我们专门研究GaAs和InSb为基础的设备与不同的栅极配置，以控制对称性和本地化的电子电荷密度。我们探讨了不同尺寸和掺杂的线的栅控SOC，我们表明，在高载流子密度SOC具有非线性电场敏感性，由于大的重塑的量子态。根据我们的计算，我们分析了最近的实验与InSb纳米线。发现与物理修订版B 91，201413（R）（2015）中报告的SOC系数具有良好的一致性，但与Nat Commun.，8，478（2017）。我们讨论这种差异的可能来源。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall
Conductance fluctuations and disorder induced $ν=0$ quantum Hall plateau in topological insulator nanowires
暴露在磁场中的干净拓扑绝缘体会产生朗道能级，并伴随着无限平板几何形状的非零霍尔电导率。在这项工作中，我们考虑的情况下，无序的拓扑绝缘体纳米线和发现，相比之下，零霍尔高原出现在一个广泛的能量窗口接近狄拉克点。我们数值计算了无序纳米线统计系综的电导及其分布，并利用电导涨落研究了绝缘相对纳米线长度、无序强度和磁场等系统参数的依赖关系。
2017-01-09 cond-mat.mes-hall
Comparing tunneling spectroscopy and charge sensing of Andreev bound states in a semiconductor-superconductor hybrid nanowire structure
Andreev束缚态（ABS）的输运研究由于充电效应和超导性的相互作用而变得复杂。在这里，我们比较运输方法ABS光谱在超导体岛的电荷传感方法的基础上集成的射频单电子晶体管。方法的一致性表明，快速，非侵入性的电荷传感允许准确的定量测量ABS，同时避免了一些复杂的运输。
2021-05-19 cond-mat.mes-hall
Transition from positive to negative magnetoresistance induced by a constriction in semiconductor nanowire
我们研究了在沿[111]方向生长的锑化铟（InSb）纳米线中，在沿纳米线轴向外加磁场和几何收缩条件下的磁输运性质.我们已经发现，磁阻是负的狭窄的收缩，接近零的一些中间半径的收缩，并采取正值的收缩与半径接近的纳米线。对于所有大小的磁场，已经发现，只要纳米线的其他几何参数是固定的，磁阻符号发生变化的收缩半径几乎是相同的。磁电阻的符号反转被解释为两个因素的综合效应：压缩对横向态的影响和自旋塞曼效应。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Universal Platform for Scalable Semiconductor-Superconductor Nanowire Networks
半导体-超导体杂化材料是拓扑量子计算研究中的常用材料。传统上，涉及干法或湿法蚀刻的自顶向下方法用于限定器件几何形状。这些通常具有侵略性的过程有可能对材料表面造成损坏，从而导致散射位点对于量子应用来说特别成问题。在这里，我们提出了一种方法，保持选择性区域生长的纳米线网络的灵活性和可扩展性，同时省略蚀刻的必要性，以创建混合段。相反，它利用定向生长方法，并使用自下而上生长的InP结构作为阴影对象，以获得选择性的金属沉积。光刻定义这些对象的位置和区域以及增加预定义高度的能力确保了对阴影区域的精确控制。我们证明了这种方法通过生长InSb纳米线网络定义良好的Al和Pb岛。纳米线的横截面切割揭示了半导体和超导体之间尖锐的无氧化物界面。通过在面内纳米线的两侧生长InP结构，可以独立地阴影沉积Pt和Pb的组合，从而实现可缩放和可再现的原位器件制造。这种方法产生的半导体超导体纳米结构处于马约拉纳实验材料开发的最前沿。
2021-05-12 cond-mat.mes-hall
Coupled elastic membranes model for quantum heat transport in semiconductor nanowires
本文提出了一个由耦合弹性膜组成的纳米线模型，目的是研究准一维量子系统中的热输运。每个弹性膜的振动被量子化，并且允许振动能量在相邻膜之间流动。纳米线的末端附着在保持在不同温度下的热浴中。我们推导了纳米线上能量流动的量子主方程，得到了热电流等关键观测量。我们通过随机化膜半径来研究无序边界对热流的影响。我们评估模型作为纳米线模拟以及研究的无序边界上的热导率的影响。计算结果表明，膜晶格模型表明，直径声子限制和严重减少的热导率由于表面粗糙度，这是半导体纳米线的特性。表面粗糙度还产生$κ=αL^β$形式的热导率的长度依赖性，其中$β$依赖于在其它弹道状态下的无序特性。最后，该模型的参数拟合到现有的实验数据的硅纳米线和计算的结果进行评估对实验数据。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall
Magnetoconductance correction in zinc-blende semiconductor nanowires with spin-orbit coupling
研究了自旋-轨道耦合对扩散圆柱形半导体纳米线磁导性的影响。继我们以前的管状半导体纳米线的研究，我们专注于在本文中的纳米线系统，没有形成表面积累层，而是电子波函数延伸到整个截面。我们考虑到Dresselhaus自旋-轨道耦合产生的锌的晶格和Rashba的自旋-轨道耦合，这是由一个横向的栅极电极控制。由于Dresselhaus自旋-轨道耦合的自旋弛豫速率被发现既不依赖于自旋密度分量，也不依赖于线的生长方向，并且不受径向边界的影响。相反，Rashba自旋弛豫率大大减少的线半径小于自旋进动长度。推导出的模型拟合重掺杂背栅InAs纳米线的磁导测量数据和传输参数提取。最后，我们将我们的结果与先前的理论和实验研究进行了比较，并讨论了出现的差异。
2017-12-01 cond-mat.mes-hall
Semiconductor - Ferromagnetic Insulator - Superconductor Nanowires: Stray Field and Exchange Field
本文制备并研究 InAs/EuS/Al 半导体–铁磁绝缘体–超导体纳米线异质结构，揭示其外延匹配、单磁畴杂散场调控及硬超导能隙与磁交换场特征。
2019-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Superconducting proximity effect in semiconductor nanowires
我们从理论上考虑邻近效应的超导体-超导体混合纳米结构，这是正在进行的搜索非阿贝尔马约拉纳费米子在固态系统中的背景下，正在广泛研究。具体来说，我们认为在垂直于界面的方向上的半导体的厚度的依赖性，一个物理效应，已被不加批判地忽略在所有以前的工作中的主题。非常令人惊讶的是，我们发现了完全出乎意料的结果，增加半导体厚度导致的诱导超导能隙的急剧抑制，由于邻近诱导的带间耦合。结果表明，在强超导体-超导体耦合的极限下，邻近诱导能隙比体超导体能隙小得多，对界面透明性的依赖性很弱。
2013-03-05 cond-mat.mes-hall
Parity lifetime of bound states in a proximitized semiconductor nanowire
准粒子激发可以损害超导器件的性能，导致高频耗散，约瑟夫森量子位的退相干，以及拟议的基于马约拉纳的拓扑量子计算机中的编织错误。准粒子动力学已经在金属超导体中得到了详细的研究，但在超导体-超导体结构中仍然相对未被探索，这是现在在拓扑超导性的背景下被强烈追求的。为此，我们引入了一种新的物理系统，该系统由栅极限制的半导体纳米线和外延生长的超导体层组成，产生了隔离的、邻近的纳米线段。我们通过偏置光谱识别半导体中的Andreev类束缚态，确定准粒子激发的特征温度和磁场，并提取超过10 ms的半导体中束缚态的宇称寿命（中毒时间）。
2015-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Very Strong Superconducting Proximity Effects in PbS Semiconductor Nanowires
我们报道了利用PbS半导体纳米线和Pb0.5In0.5超导电极制备强耦合纳米混合超导结。在0.3 K时，最大超导电流可达15 μA，这是迄今为止在超导体-纳米线超导结中观察到的最高值。微波诱导的恒定电压阶跃的观察证实了真正的约瑟夫森耦合通过纳米线的存在。外磁场作用下临界电流的单调抑制也与窄结模型吻合得很好。开关电流的温度依赖性随机分布表现出从相扩散到热激活过程的交叉，随着温度的降低。这些强耦合纳米杂化超导结将有利于门可调谐超导量子信息器件的发展。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Effects of large induced superconducting gap on semiconductor Majorana nanowires
随着InAs纳米线和超导Al壳之间具有强超导体-半导体隧道耦合的极高质量外延界面的最近实现，可以探索半导体中邻近诱导超导性的新制度，其中诱导间隙的值可能与体Al间隙（大间隙）相似，具有可忽略的子间隙电导（硬间隙）。我们提出了几个实验相关的后果，这个大间隙强耦合制度的隧穿实验，我们评论的前景，这个制度的拓扑超导性。特别是，我们表明，具有较强的自旋-轨道耦合和大自旋g因子的半导体纳米线的优点可能都受到损害，在这种强耦合的限制，和稍微弱的界面隧穿可能是必要的，以实现最佳的接近超导的半导体纳米线。我们推导出一个最小的，通用的强耦合硬间隙制度获得良好的定性与实验一致的理论，并指出未来的发展方向，进一步朝着马约拉纳纳米线的混合超导体超导体结构。
2015-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Electronic structure of full-shell InAs/Al hybrid semiconductor-superconductor nanowires: Spin-orbit coupling and topological phase space
我们研究了全壳层超导半导体纳米线的电子结构，这是最近提出的创建马约拉纳零模式，使用八带$\vec{k} \cdot \vec{p}$模型在一个完全自洽薛定谔-泊松方案。我们发现由内禀径向电场引起的自旋轨道耦合对于在费米能级附近具有最小值的子带是一般较弱的。此外，我们表明，与拓扑相的出现相一致的化学势窗口是小而稀疏的，只能通过微调导线的直径来达到。这些研究结果表明，参数空间与全壳层InAs/Al纳米线中拓扑相的实现相一致，充其量是非常窄的。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall
Surface roughness and thermal conductivity of semiconductor nanowires: going below the Casimir limit
通过明确考虑表面粗糙度在原子水平上，我们定量地表明，硅纳米线的热导率可以低于Casimir的经典极限。然而，这种违反仅发生在深表面降解。对于浅的表面粗糙度，Casimir公式示出产生一个很好的近似的声子平均自由程和导电性，即使对于纳米线直径薄至2.22 nm。我们的粗糙度散射的确切治疗是在与以前提出的微扰方法，这被发现高估了一个数量级的散射率形成鲜明对比。所获得的结果表明，一个完整的理论理解一些以前发表的实验结果仍然缺乏。
2011-03-18 cond-mat.mes-hall
Hydrodynamic acoustic plasmon resonances in semiconductor nanowires and their dimers
从金属等离子体激元学已知的流体动力学Drude模型也适用于尺寸在单粒子量子限制和体之间的半导体结构。但与金属相反，对于半导体，可能必须考虑两种或更多种类型的等离子体，以便正确描述它们的等离子体特性。在这种结合分析和计算的研究中，我们探讨了最近提出的双流体动力学Drude模型的等离子体半导体纳米线的光学性质的预测，特别是热激发InSb纳米线。我们专注于低频声表面和体等离子体共振，这是这个模型的独特指纹，尚未观察到。我们确定这些共振的光谱单纳米线的基础上分析计算，他们是在我们的数值实现的模型完全一致。对于纳米线的二聚体，我们预测的消光截面和声学局域表面等离子体共振场增强，这使得它的观察在二聚体的大幅增加更有可能。
2019-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Estimating disorder and its adverse effects in semiconductor Majorana nanowires
我们使用现有的传输测量文献中开发的半导体（砷化铟和锑化铟）材料，用于制造超导体半导体纳米线样品中的马约拉纳零模式的实验搜索的可能量的无序的数据集。使用估计的直接马约拉纳模拟中的障碍，我们得出结论，目前的水平在半导体马约拉纳纳米线的障碍是至少一个数量级高于拓扑马约拉纳零模式的出现所需的。与现有的结果一致，我们发现我们估计的无序导致偶尔出现的平凡零模式，这可以后选择，然后通过改变系统参数（例如，隧道势垒），导致隧穿光谱中具有$ \sim 2e^2/h $幅度的微不足道的零偏压电导峰。然而，在这些无序系统中，大多数计算的隧道谱基本上没有表现出显著的特征，这也与当前的实验状态相一致，其中零偏峰仅偶尔在仔细微调的一些样品中被发现。
2021-12-13 cond-mat.mes-hall
Temperature-resilient anapole modes associated with TE polarization in semiconductor nanowire
圆柱形纳米线的偏振相关散射各向异性在例如纳米天线、光热治疗、热光致发光、催化、传感、光学滤波器和开关中具有许多潜在的应用。在所有这些应用中，依赖于温度的材料特性起着重要的作用，并且通常会对性能产生不利影响，这取决于辐射阻尼或耗散阻尼的主导地位。在这里，我们采用基于Mie散射理论的数值模拟，研究和比较金属（金，Au）纳米线与间接（硅，Si）和直接（砷化镓，GaAs）带隙半导体纳米线的温度和偏振相关的光学各向异性。结果表明，等离子体散射共振在半导体中，在吸收带内，随着温度的增加而恶化，而那些发生远离吸收带加强作为结果的声子贡献的增加。间接带隙薄（$20 \,\mathrm{nm}$）Si纳米线对于横向电（TE，$E_{\perp}$）和磁（TM，$E_{\parallel}$）模式都呈现低吸收效率，并且对于较短波长处的TM模式呈现高散射效率，使得它们适合作为高效散射体。在TE偏振的半导体纳米线（$r \! = \! 125 \! - \! 130$ nm）中也观察到具有温度弹性的高阶阿那普尔模式，其特征在于高吸收和低散射效率。在此，GaAs纳米线呈现出比Si纳米线大$3 \! - \! 7$倍的吸收效率，使得它们特别适合于温度弹性应用，例如扫描近场光学显微镜（SNOM）、局部加热、非侵入式感测或检测，其需要近场中的能量的强局部化。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
