Temperature dependence of spin diffusion length in silicon by Hanle-type spin precession
Hanle型自旋进动方法与使用高掺杂（5 \times 10 ^19）硅沟道的非局部磁阻测量相关联地进行。用Hanle方法得到的自旋扩散长度与用非局域信号的带隙依赖性得到的自旋扩散长度吻合得很好。我们已经分别评估了界面和体沟道效应，并且证明了非局域信号的温度依赖性的主要来源来自于隧道势垒和硅之间的界面处的自旋极化降低。
2010-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Using Light to Polarize and Detect Electron Spins in Silicon
本研究通过测量圆偏振光激发后的发光极化，直接探测了体硅中的电子自旋特性，测定了不同声子辅助跃迁的光学选择定则，并测量了输运技术无法触及条件下的电子自旋弛豫及自由激子自旋特性。
2024-07-26 cond-mat.mtrl-sci
99.992 % $^{28}$Si CVD-grown epilayer on 300 mm substrates for large scale integration of silicon spin qubits
硅基量子比特在量子点中具有电子自旋或在掺杂剂上具有核自旋，是量子计算竞赛中的有力竞争者。除了工艺集成成熟度之外，在用于量子位的最丰富的$^{28}$硅同位素主晶体中缺乏核自旋是这种硅量子技术的主要资产。我们在300 mm天然丰度硅晶体上生长了同位素纯度大于99.992%的$^{28}$硅外延层（外延层）。单晶同位素纯化外延层的质量符合与我们的工业前CMOS设施中使用的天然外延层相同的严格质量要求。同位素纯化的衬底现在已经准备好使用最先进的300 mm Si CMOS铸造设备和工艺制造硅量子比特
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient optical pumping of spin defects in silicon carbide for stimulated microwave emission
我们研究了碳化硅中硅空位相关自旋的泵浦效率。对于插入谐振频率为9.4GHz的微波腔中的晶体，在室温下获得了75的自旋布居数反转因子，饱和光泵浦功率约为350mW。在低温下，由于超过一分钟的异常长的自旋晶格弛豫时间，泵效率急剧增加。根据实验结果，我们找到了碳化硅脉塞可以工作在连续波模式下，并作为一个量子微波放大器的现实条件。
2017-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Electrical activation and electron spin resonance measurements of implanted bismuth in isotopically enriched silicon-28
我们进行了连续波和脉冲电子自旋共振测量注入铋施主同位素富集的硅-28。施主通过热退火以最小的扩散被电激活。热退火过程中，铋离子注入的损伤得到了修复，在8 K时，Bpp = 12 uT，T2 =0.7ms。结果表明，离子注入铋是硅中自旋量子位集成的一个有前途的候选者。
2012-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Detection of Coherent Nuclear Spin Oscillations in Phosphorus-Doped Silicon Using Pulsed ENDOR
本文报道了在5.0K下，X波段脉冲电子核双共振（ENDOR）在掺磷硅中的电学探测。使用与常规电子自旋共振中的Davies ENDOR类似的脉冲序列来测量$^{31}$ P核自旋的核自旋跃迁频率，其中经由通过Si/SiO $_2$界面态的自旋相关跃迁来电检测$^{31}$ P电子自旋，因此不依赖于电子自旋系统的极化。此外，相干核自旋振荡的电检测示出，证明了电读出可能的核自旋量子比特的自旋状态的可行性。
2010-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Theory of the spin relaxation of conduction electrons in silicon
采用一个真实的赝势模型研究了体硅中声子诱导的传导电子自旋弛豫。我们发现了一个令人惊讶的微妙的影响自旋弛豫在很宽的温度范围内的艾略特和Yafet过程的干扰，抑制的intravalley自旋翻转散射的意义，以前被认为是占主导地位的，大约120 K以上。计算的自旋弛豫时间$T_1$符合自旋共振和自旋注入数据，遵循$T^{-3}$温度依赖性。预测了$T_1$的谷各向异性和超热电子的自旋弛豫速率。
2009-11-20 cond-mat.mtrl-sci
$T_1$- and $T_2$-spin relaxation time limitations of phosphorous donor electrons near crystalline silicon to silicon dioxide interface defects
含磷施主电子自旋和自旋相关电子跃迁的研究（111）取向的结晶硅（c-Si）附近的（$^{31}$ P）原子与二氧化硅接触在液态$^4$ He温度（$T = 5$ $\mathrm{K} - 15$ $\mathrm{K}$）下，给出了[ $^{31}$ P]= 10 $^{15}$ $\mathrm{cm}^{-3}$和[ $^{31}$ P] = 10 $^{16}$ $\mathrm{cm}^{-3}$的（SiO $_{2}$）界面.使用脉冲电检测磁共振（pEDMR），观察到的\Phos供体状态和两个可区分的界面状态之间的自旋相关的过渡，即（i）\Pb中心，可以通过其特征各向异性和（ii）一个更各向同性的中心，这是由于E $^\prime$缺陷的\sio散装接近的接口。自旋相关复合的动力学的相关测量证实，先前提出的\Phos和界面缺陷之间的过渡发生。这些电子近界面跃迁对\Phos施主自旋相干时间$T_2$以及施主自旋-晶格弛豫时间$T_1$的影响，然后通过比较从常规的体敏脉冲电子顺磁共振和表面敏感的pEDMR，以及表面敏感的电检测反转恢复实验获得的自旋哈恩回波衰减测量。测量结果表明，$T_2$和$T_1$的\Phos施主电子自旋附近的能量较低的界面态在$T\leq 13$ K减少了几个数量级。
2009-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Experimental Investigation of Spin Transport Properties in Silicon by Using a Non-local Geometry
本文采用非局域几何方法系统地研究了8K下硅中的自旋输运性质。在非局域方案中的自旋注入信号被发现增加的偏置电流的演变成比例。利用Hanle型自旋进动信号的理论拟合表明，与其他自旋器件相比，Si中输运自旋的自旋极化受偏置电流变化的影响要小得多，这导致自旋信号具有独特的偏置依赖性.
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Low-field microwave-free sensors using dipolar spin relaxation of quartet spin states in silicon carbide
该研究针对碳化硅硅空位量子比特弛豫动力学未被充分探明的问题，通过理论研究其四重自旋态的偶极弛豫机制，量化了弛豫时间$T_1$的影响因素，证明其可用于构建低场无微波量子传感器，为医学生物传感提供新方向。
2022-01-25 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
Locking of electron spin coherence over fifty milliseconds in natural silicon carbide
我们证明了具有天然同位素丰度的碳化硅（SiC）可以在接近0.1秒的出乎意料的长时间内保持硅空位中的相干自旋叠加。通过施加适度的磁场抑制异自旋串扰并结合与核自旋池的动态退耦，可以获得退相干率大大降低的自旋锁定子空间。我们确定了几种声子辅助的自旋晶格弛豫机制，最终限制了量子相干性，并发现它可以在低温下非常长，等于甚至超过8秒。我们的方法可以扩展到其他多原子化合物，并为晶圆级量子技术的改进量子位存储器开辟一条道路。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Spin dependent recombination based magnetic resonance spectroscopy of bismuth donor spins in silicon at low magnetic fields
通过监测硅中铋施主的自旋相关复合引起的光电导变化，观察到了低场（6-110 mT）磁共振。在不同的共振频率下的光谱显示信号强度分布与在常规的电子顺磁共振中观察到的信号强度分布显著不同，这归因于一对Bi供体和顺磁复合中心的40种可能的自旋态组合的不同复合率。Bi激发能具有良好的可调谐性，可用于未来与超导磁通量子比特的低场耦合。
2012-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of phonon-induced spin relaxation processes in silicon
我们研究了由于电子-声子相互作用导致的硅中\textit{conduction}电子自旋弛豫的所有前导级贡献。利用群论、$k\cdot p$微扰方法和刚性离子模型，我们导出了多谷导带中所有重要自旋翻转跃迁的矩阵元表达式。散射角与电子的波矢、声子极化、谷位置和自旋取向有明显的关系，并与经验赝势和绝热带荷模型的结果进行了比较，结果表明，两者吻合得很好。
2012-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Electron Spin-Relaxation Times of Phosphorus Donors in Silicon
天然掺磷硅（Si：P）和同位素纯化的28 Si：P中施主电子自旋的脉冲电子顺磁共振测量显示出强烈的温度依赖性纵向弛豫时间T1，这是由于Orbach过程，Δ E = 126 K。在28 Si：P中，2脉冲回波衰减是指数的，横向弛豫（退相干）时间T2由高于~12 K的Orbach过程控制，并在较低温度下由瞬时扩散控制。不同脉冲转角的自旋回波实验表明，在7 K时，28 Si：P中孤立自旋的本征T2约为60 ms.
2003-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Electron spin echo relaxation and envelope modulation of phosphorus shallow donors in silicon
单施主原子的自旋是在硅中进行大规模量子信息处理的有吸引力的候选者，因为量子计算可以通过操纵电子和/或核自旋来实现。我们在这里报告的双脉冲电子自旋回波实验的磷浅施主在天然和28 Si富集硅外延层掺杂10^16 cm-3的P施主。实验解决了自旋-自旋弛豫时间和机制，并提供，通过电子自旋回波包络调制（ESEEM）的效果，信息的施主电子波函数。作为脉冲转向角的函数进行的实验使我们能够测量由瞬时扩散净化的指数弛豫和光谱扩散时间。根据这些结果，同位素纯化的样品是必要的，以减少光谱扩散的贡献和P浅施主浓度起着根本性的作用，在确定本征相位记忆时间。ESEEM峰已被分配到超精细耦合的硅-29原子核在特定的晶体位置的基础上的光谱拟合程序，包括仪器失真。
2005-10-19 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
Spin Selection Rule-Based Sub-Millisecond Hyperpolarization of Nuclear Spins in Silicon
在这项工作中，我们设计了一个快速和有效的核自旋超极化方案，这是在原则上的磁场和温度无关。我们使用这个方案，实验证明高达66%的极化磷施主核自旋在体硅，这是在不到100 us内创建的磁场为0.35 T，温度为5 K。极化方案是基于通过弱耦合自旋对的自旋相关复合过程，其中复合时间常数强烈依赖于两个自旋的相对取向。我们进一步使用这个方案来测量核自旋弛豫时间，并找到一个近似的值。100 ms的照明下，在良好的协议与计算值的核自旋翻转引起的重复电离和去电离过程。
2013-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Optical visualization of the enhanced spin Hall effect in bismuth doped silicon
通过使用螺旋度相关光电压（HDP）测量，实现了室温下掺铋（Bi）硅（Si）中增强自旋霍尔效应（SHE）引起的自旋累积的直接可视化。在直流电流的应用程序的Bi掺杂的Si，明确的螺旋度相关的光电压检测在Si沟道的边缘，表明由于SHE的垂直自旋积累。相比之下，HDP信号对于磷掺杂的Si是可忽略的小。与具有大自旋霍尔角的铂沟道相比，在Bi掺杂的Si中获得了大于两个数量级的HDP信号。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Resonant addressing and manipulation of silicon vacancy qubits in silicon carbide
固态的几个系统已经被认为是基于自旋的量子信息处理的有希望的候选者。尽管在过去十年中取得了重大进展，但人们仍在寻找具有更高潜力的新系统[D]。Dienzo，Nature Mat. 9，468（2010）]。碳化硅中的硅空位缺陷包含了半导体量子点的技术优势和金刚石中氮空位缺陷的独特自旋特性。与原子类似，硅空位量子比特可以在双无线电-光学共振条件下控制，允许它们的选择性寻址和操纵。此外，我们还利用脉冲磁共振技术揭示了它们的长自旋记忆。所有这些结果使得碳化硅中的硅空位缺陷在量子应用中非常有吸引力。
2012-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Comment: "Electrical injection and detection of spin accumulation in silicon at 500 K with magnetic metal / silicon dioxide contacts" [Nature Commun. 2:245 doi:10.1038/ncomms125 (2011)]
在最近的一篇出版物中，我们使用三端几何结构中的铁磁金属/ SiO2隧道势垒接触，在高达500 K的温度下演示了n型硅中的电自旋注入和检测（Nature Commun. 2：245 doi：10.1038/ncomms125（2011））。在将我们测量的自旋电压信号与理论预测的值进行比较时，我们遵循Tran等人的分析（Phys. Rev. Lett. 102，036601（2009）），并且无意中传播了其中发现的错误。正如他们在最近的勘误表（arXiv：0810.4770v2）中所指出的，对于自旋扩散长度LSD远小于接触宽度或沟道厚度（我们的实验情况）的样品，自旋电阻面积乘积的正确表达式由乘积{gamma}^2 {rho} LSD给出，其中{gamma}是隧穿自旋极化，{rho}是半导体输运沟道的电阻率。通过这种校正，我们测量的自旋电压比理论预测的要大得多，而不是像我们所说的那样很好地一致。我们强调，我们的论文的基本结论是相同的-系统的电子自旋寿命随着电子密度的增加而减少，这表明自旋积累在Si沟道中，而不是在界面态中。我们进一步表明，所测量的自旋寿命基本上是独立的隧道势垒材料（SiO2，Al 2 O3，MgO）或所使用的磁性金属（Fe，CoFe，NiFe），表明明确的相关性所测量的自旋寿命与Si的字符，并与隧道势垒/界面或磁性金属的相关性不大。
2011-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorus Spin Coherence Times in Silicon at Very Low Temperatures
用脉冲电子自旋共振技术在极低温度下测量了同位素纯28硅中磷施主的自旋相干性。孤立自旋T2随磷浓度的变化出乎意料
2010-09-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin and optical properties of silicon vacancies in silicon carbide (a review)
我们讨论了碳化硅中与硅空位相关的自旋3/2中心的精细结构和自旋动力学。这些中心具有光学可寻址的自旋态，这使得它们在量子技术中非常有前途。自旋中心的精细结构被证明对机械压力、外部磁场和电场、温度变化等高度敏感，其可用于有效的室温感测，特别是通过纯光学装置或通过光学检测的磁共振。本文讨论了基于自旋态混合的磁性测量和温度测量的实验成果，并讨论了在磁场中的微观机制。我们还讨论了与环境的相互作用所造成的自旋涨落的空位系综。
2017-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon in the Quantum Limit: Quantum Computing and Decoherence in Silicon Architectures
半导体架构由于其大的工业基础和感知的可扩展性潜力而为量子信息处理（QIP）应用带来希望。硅中的电子自旋特别地可以是用于QIP并且还用于自旋电子学（自旋电子学）应用的优秀架构。虽然电子的电荷很容易被带电栅极操纵，但自旋自由度与电荷波动很好地隔离。固有的小自旋-轨道耦合和自旋零Si同位素的存在促进长的单自旋量子比特相干时间。在这里，我们考虑由于施主，量子阱和量子点，包括由于声子和Rashba自旋轨道耦合的影响，在硅中的局域电子态的弛豫特性。我们的分析受到硅的复杂多谷能带结构和硅量子阱中以前未解决的物理问题的阻碍。我们发现，硅，特别是应变硅中的电子自旋具有良好的退相干特性。在可能的情况下，我们与实验进行比较，以检验我们的理论。我们超越了量子计算机中的相干性问题，进入了控制和测量问题。在半导体结构中，正是自旋弛豫时间如此之长，使得自旋测量如此困难。为了解决这个问题，我们提出了一个新的自旋读出方案，它具有自动自旋初始化，量子计算和量子纠错的重要组成部分的额外好处。我们的研究结果代表了设计和构建硅基量子计算机的重要实践里程碑。
2007-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of Electrically Detected Magnetic Resonance of Silicon Vacancy-Related Spin Pairs in Silicon Carbide
University of Iowa（爱荷华大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Coastal Carolina University（海岸卡罗来纳大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
基于稳态Lindblad主方程，提出定量理论模拟碳化硅中硅空位相关自旋对的电检测磁共振，解释了室温测量结果并预测了低温超精细结构及双量子跃迁的电读出。
2026-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of a silicon spin field-effect transistor
纵向电场用于控制自旋极化电子在垂直磁场中进动的渡越时间（通过未掺杂的硅垂直沟道）。由于所施加的电压确定自旋检测器处的最终自旋方向，因此确定输出集电极电流，因此这包括自旋场效应晶体管。改进的热电子自旋注入器提供~115%的磁电流，对应于至少~38%的电子电流自旋极化后，通过10微米的未掺杂的单晶硅传输，用于最大电流调制。
2007-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron spin phase relaxation of phosphorus donors in nuclear spin enriched silicon
我们报道了在8K下测量的同位素纯化的29^Si和天然丰度Si单晶中与磷供体结合的电子自旋的相位弛豫的脉冲EPR研究。
2004-02-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Rashba spin-orbit coupling and spin relaxation in silicon quantum wells
硅是自旋基器件的主要候选材料，并且已经提出了在硅异质结构中形成的二维电子气（2DEG）用于自旋输运和量子点量子计算应用。这些应用的关键参数是自旋弛豫时间。本文应用D 'yakonov和Perel'（DP）理论计算了低温下任意静态磁场方向下由于结构反转不对称性引起的硅二维电子气的电子自旋共振线宽。我们估计硅量子阱中的Rashba自旋-轨道耦合系数，并找到该机制作为动量散射时间、磁场和器件特定参数的函数的自旋的$T_{1}$和$T_{2}$时间。我们获得协议与现有的数据的角度依赖的弛豫时间，并表明，幅度是一致的DP机制。我们建议如何通过适当的器件设计来增加弛豫时间。
2004-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Spin Injection into Silicon using MgO Tunnel Barrier
利用非局域磁电阻测量技术，我们观察到了自旋通过Fe/MgO隧道势垒注入硅中。在绝缘体上掺磷硅衬底上制备了具有横向自旋阀结构的Fe/MgO隧道势垒接触。在非定域方案中，在120 K下观察到自旋注入信号，这是迄今为止报道的Si中带转移自旋的最高值，并且在8 K下估计自旋扩散长度约为2.25 μ m。研究了非局域电压的温度依赖性和注入电流依赖性。阐明了MgO隧道势垒对自旋注入硅是有效的。
2009-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Half-metallic silicon nanowires
通过第一性原理计算，我们预测了过渡金属（TM）原子掺杂的硅纳米线具有半金属基态。它们在一个自旋方向上是绝缘体，但在相反的自旋方向上显示出金属性质。在TM原子的高覆盖率下，铁磁硅纳米线对于具有高磁矩的两个自旋方向都变成金属的，并且还可以在费米能级处具有显著的自旋极化。自旋相关的电子性质可以通过改变掺杂剂TM原子的类型以及纳米线的直径来设计。目前的结果不仅是科学的兴趣，但也可以启动新的研究硅纳米线的自旋电子应用。
2007-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Line Broadening and Decoherence of Electron Spins in Phosphorus-Doped Silicon Due to Environmental 29^Si Nuclear Spins
利用脉冲电子自旋共振技术，在8K下测量了掺磷硅单晶（f = 0.19% ≤ 99.2%）中29^Si同位素的浓度，系统地研究了环境29^Si核自旋对施主电子自旋的影响.作为f的函数的线宽示出了与理论分析的良好协议。我们还报道了施主电子自旋的相位记忆时间T_M依赖于f和相对于外磁场的晶轴。
2005-12-16 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Geometric dephasing-limited Hanle effect in long-distance lateral silicon spin transport devices
由外部磁场引起的自旋旋进和退相（“Hanle效应”）的证据是半导体器件中自旋极化传导电子输运的唯一明确证据。然而，当自旋退相非常强时，单轴磁场中的汉勒效应可能无法测量。使用硅器件的横向注入器检测器的间隔超过2毫米，和几何诱导的退相自旋输运完全不相干，我们在实验和理论上表明，汉勒效应仍然可以测量使用两个轴磁场。
2008-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Band Structure of EuO/Si Spin Contact: Justification for Silicon Spintronics
硅自旋电子学需要将自旋极化载流子注入Si中。一种新兴的方法是从铁磁半导体直接电注入- EuO是首选。EuO/Si自旋接触的功能由界面能带排列决定。特别地，带偏移应落在0.5-2 eV范围内。我们采用软X射线ARPES探测的电子结构的掩埋EuO/Si界面的动量分辨率和化学特异性。的能带结构揭示了1.0 eV的导带偏移证明的技术潜力的EuO/Si系统。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Dependent Recombination between Phosphorus Donors in Silicon and Si/SiO2 Interface States Investigated with Pulsed Electrically Detected Electron Double Resonance
我们研究的自旋物种相关的自旋相关的复合用于电读出的相干自旋操纵在磷掺杂硅。通过脉冲电探测磁共振多频抽运探测实验，我们证明了在磷施主和Si/SiO2界面态之间存在自旋相关的复合跃迁。在不同的微波频率组合脉冲，使我们能够选择性地解决参与重组过程中的两个自旋子系统，并相干操纵和检测的两个重组伙伴的相对自旋取向。
2010-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermal Creation of Electron Spin Polarization in n-Type Silicon
在电子掺杂硅中将热量转化为自旋电流可以为自旋热电子学提供一条有希望的途径。在这里，我们创建一个电子自旋极化的n型硅的导带通过产生一个温度梯度的铁磁隧道接触。衬底加热实验诱导了95 $μ$ V的大自旋信号，对应于Seebeck自旋隧道机制在n型硅导带中的0.54 meV自旋分裂。自旋注入的热起源已被证实的二次缩放的自旋信号与焦耳加热电流和线性依赖于加热功率。
2014-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Long spin coherence in silicon with an electrical spin trap readout
本文报道了在极强磁场（B > 8.5 T）和低温（T = 2.8 K）条件下，体硅中磷（~（31）P）的脉冲电探测磁共振。我们发现，与自旋-电荷转换的其他机制相比，同样高度极化的31 P施主电子对高度极化（>95%）传导电子的自旋相关捕获和再发射引入的退相干更少。这允许超过100微秒的自旋相干时间的电检测：比电检测自旋读出实验的先前最大值长50倍。
2008-09-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Temperature evolution of spin accumulation detected electrically in a nondegenerated silicon channel
本文研究了在非简并硅沟道中利用三端Hanle效应测量得到的自旋积累信号的温度演化。我们发现自旋提取和自旋注入条件之间的温度依赖的自旋信号的明显差异。在具有低偏置电流的自旋注入条件下，尽管温度升高，自旋信号的幅度仍可以增强。对于温度相关的自旋信号的解释，重要的是要考虑的自旋检测的灵敏度在肖特基隧道势垒接触除了在Si中的自旋扩散。
2012-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Information Processing with Pure Spin Currents in Silicon: Spin Injection, Extraction, Manipulation and Detection
我们证明了信息可以在硅中用纯自旋电流传输和处理。Fe/Al 2 O3隧道势垒接触用于在硅中产生显著的电子自旋极化，产生在充电电流路径之外流动的自旋电流。（a）通过切换Fe接触的磁化，（b）通过改变Fe/Al 2 O3上的偏压的极性，（注入器）接触，这使得能够在Si中产生多数或少数自旋布居，提供了一种在不改变接触本身的磁化的情况下电操纵注入的自旋取向的方式，以及（c）通过施加小的垂直磁场来诱导自旋进动。通过电提取的自旋极化与通过更常见的电自旋注入实现的自旋极化一样有效。平面硅三端器件的输出特性与非易失性巨磁电阻金属自旋阀结构的输出特性非常相似
2009-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Isotope engineering of silicon and diamond for quantum computing and sensing applications
硅和碳的一些稳定同位素具有零核自旋，而构成半导体的许多其他元素完全由具有核自旋的稳定同位素组成。由无核自旋的稳定同位素（Si-28、Si-30或C-12）组成的硅和金刚石晶体被认为是放置用于量子计算和感测应用的自旋量子位（qubit）的理想宿主矩阵，因为它们的相干特性不会由于宿主核自旋的不存在而被破坏。本文介绍了硅和金刚石同位素工程在量子信息处理器件开发中的现状和前景。
2014-10-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
All-optical control of the silicon-vacancy spin in diamond at millikelvin temperatures
金刚石中的硅空位中心由于其良好的光学性质和光学可寻址的电子自旋，在量子光子学中提供了有吸引力的机会。在这里，我们结合两者来实现其自旋态的全光相干控制。我们利用这种方法来探索自旋退相效应在杂质丰富的样品超出声子诱导的退相干的限制：采用拉姆齐和哈恩回波技术在12 mK的基础温度，我们确定共振耦合取代氮自旋浴作为限制退相干源的电子自旋。
2017-08-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin lifetime in silicon in the presence of parasitic electronic effects
一种混合铁磁体/半导体器件用于确定硅中传导电子自旋寿命的下限。我们使用自旋旋进来自洽地测量自旋极化电子的漂移速度与漂移场，并使用这种电子控制来改变电子注入和检测之间的渡越时间。作为漂移速度的函数的归一化磁流的测量与一个简单的指数衰减模型一起使用，以论证所获得的寿命（~2 ns）被电子效应人为地降低，并且可能高出几个数量级。
2007-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A silicon-integrated telecom photon-spin interface
长距离纠缠分发是量子技术的重要能力。实现这一目标的一个突出的实际里程碑是确定一个合适的物质-光子界面，同时拥有长的相干寿命和有效的光通信波段的光学访问。在这项工作中，除了它的姐妹出版物，我们报告的T中心，在1326 nm的电信O波段的自旋选择性光学跃迁的硅缺陷。在这里，我们表明，T中心在$^{28}$ Si提供电子和核自旋寿命分别超过毫秒和秒，以及光学寿命为0.94（1）$μ$ s和德拜-沃勒因子为0.23（1）。这项工作代表了在长寿命硅自旋、自旋纠缠电信单光子发射器和未来全球量子技术的自旋相关硅集成光子非线性之间实现相干光子互连的重要一步。
2020-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Field-induced negative differential spin lifetime in silicon
我们发现，电场诱导的热不对称性之间的电子和晶格系统在纯硅的身份的主要自旋弛豫机制的影响。长距离自旋输运装置的经验结果与详细的蒙特卡罗模拟的比较证实了一个强的自旋去极化，超出了标准的埃利奥特-亚费特理论已经在低温下的预期。增强的自旋翻转机制归因于声子发射过程，在该过程中，电子在位于不同晶轴上的导带谷之间散射。这导致异常行为，其中（超过临界场）自旋注入器和自旋检测器之间的渡越时间的减少伴随着自旋极化的反直觉减少和明显的负自旋寿命。
2011-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The Larmor clock and anomalous spin dephasing in silicon
漂移扩散理论--它充分描述了半导体中的电荷输运--也普遍用于模拟存在纵向电场时自旋极化电子的输运。通过将自旋渡越时间转换为自旋取向与旋进（一种称为“拉莫尔时钟”的技术）在电流感应垂直传输本征Si器件，我们表明，自旋扩散（和伴随的自旋失相）可以大大提高相对于电荷扩散，直接相反的自旋库仑阻力扩散抑制的预测。
2010-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
\emph{Ab initio} spin-strain coupling parameters of divacancy qubits in silicon carbide
立方碳化硅是将缺陷量子比特集成到用于量子信息和传感应用的已建立的晶片级器件架构中的极好平台，其中双空位量子比特（类似于金刚石中的带负电荷的氮空位（NV）中心）具有有利的相干性质。通过密度泛函理论计算，我们证明了3C SiC中的双空位具有优良的自旋-应力耦合参数和应力敏感性，适用于纳米级、量子增强的光子、光电子和光机械器件。
2018-05-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Evidence for the Presence of Spin Accumulation in Localized States at Ferromagnet-Silicon Interfaces
我们的实验表明，在铁磁-硅界面的局域态的自旋积累的存在下，检测到的CoFe/ $n^{+}$ -Si/ $n$ -Si横向器件的电汉勒效应测量的证据。通过控制测量温度，我们可以清楚地观察到自旋积累信号在低温下的显著变化，在低温下，穿过界面的电子输运由直接隧穿转变为通过局域态的两步隧穿。我们详细讨论了在Si沟道和局域态之间的自旋积累的差异。
2012-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Introduction to Spin-Polarized Ballistic Hot Electron Injection and Detection in Silicon
弹道热电子输运克服了众所周知的电导率和自旋寿命失配的问题，该问题困扰具有铁磁欧姆接触的半导体中的自旋注入。通过自旋相关的平均自由程，它还提供了一种在传输后进行自旋检测的手段。使用这些技术（包括自旋进动和自旋阀测量）与硅基器件的实验结果揭示了异常长的自旋寿命和高自旋相干性引起的漂移占主导地位的运输在半导体。一个适当的定量模型，准确地模拟未掺杂和掺杂的自旋输运通道的器件特性的描述，它可以用来确定自旋电流的速度，扩散常数，和自旋寿命，构成一个自旋“海恩斯-肖克利”实验没有飞行时间的技术。作为总结，这些方法的未来的前景。
2009-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Room-Temperature Silicon Band-Edge Photoluminescence Enhanced by Spin-Coated Sol-Gel Films
在室温下使用未图案化的本体p型硅晶片样品从Si中的声子辅助的带间发射（1.067eV峰值）观察到光致发光，所述本体p型硅晶片样品旋涂有掺杂Er（6at. %）硅胶膜（0.13微米）并真空退火;在~700 ℃下获得最强发射。退火行为的比较研究表明，两个数量级的效率提高。从Er+3离子在二氧化硅膜的发射是用来衡量相对发射强度。利用溶胶-凝胶膜中的应力诱导硅发射的机制进行了讨论。
2012-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
29Si Nuclear-Spin Decoherence Process Directly Observed by Multiple Spin-Echoes for Pure and Carrier-less Silicon
我们报告了室温下纯硅（99.99999%，7 N）和无载流子（p型，掺杂水平为10^15cm-3）硅的29 Si核自旋退相干时间，其中29 Si核天然丰富（4.7%）。尽管实验困难来自于极长的自旋-晶格弛豫时间T1（大约10^4 s），但我们已经成功地观察到了一系列自旋回波，其时间依赖性由退相干时间T2表征。我们发现，退相干过程偏离一个单一的高斯或洛伦兹函数，但很好地再现了一个双指数函数与较短的T2 S = 15 \pm 5 ms和较长的T2 L = 200 \pm 20 ms。
2003-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Device fabrication and transport measurements of FinFETs built with $^{28}$Si SOI wafers towards donor qubits in silicon
我们报告使用同位素纯化的绝缘体上硅-28（28-SOI）衬底的FinFET几何结构中的晶体管的制造。天然硅中的施主电子自旋相干性由于残留的$^{29}$ Si核自旋浴而受到光谱扩散的限制，使得同位素富集的核无自旋$^{28}$ Si衬底成为用于形成自旋量子位器件的有希望的候选者。FinFET架构与基于供体的量子位的单离子注入检测以及通过自旋共振的电检测的供体自旋状态读出完全兼容。我们描述了设备的处理步骤，并讨论了在0.3 K的电输运测量结果。
2009-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange-driven magnetoresistance in silicon facilitated by electrical spin injection
我们使用电自旋注入探测磷掺杂硅（Si：P）中的交换相互作用。的检测是通过磁阻效应，证明了交换的效率，在压印自旋信息从磁铅到本地化的时刻在Si：P区域。在电学汉勒效应测量中，实验观察到了一种只存在于低温下的独特的洛伦兹形信号（$\lesssim 25 K$），并对其进行了理论分析。它源于Si：P中的中性杂质对电子的自旋相关散射。该信号的形状与自旋弛豫没有直接关系，而是与位于相邻杂质上的自旋极化电子之间的相互作用有关。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Review: Towards Spintronic Quantum Technologies with Dopants in Silicon
晶体硅中的掺杂剂如磷（Si：P）具有电子和核自旋，其具有特别长的相干时间，使其成为量子计算和量子传感的有前途的平台。单自旋单次读出的演示使这些想法更接近实现。利用扫描隧道显微镜制造原子级Si：P结构的进展提供了一个强大的途径来扩大这项工作，利用计算机行业开发的技术。这一新兴的量子技术的实验和理论方面的审查，重点是从2009年到2014年中期。
2014-08-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Synthesis of thin silicon dioxide layers with high E' center densities and investigation of the E' center spin relaxation dynamics for single spin readout applications
已经探索了在具有非常高密度的硅悬挂键（所谓的E'中心）的晶体硅衬底上产生薄的非晶二氧化硅（aSiO 2）层的方法，并且通过将热氧化物层暴露于低压氩射频等离子体，已经证明了在整个60 nm厚的膜中[E']> 5 × 10^18 cm-3的体积密度。虽然产生的高E'心密度可以在300 ℃下完全退火，但它们在室温下相对稳定，半衰期约为一个月。在T = 5 K和T = 70 K之间对这些态的自旋弛豫时间的测量表明，相弛豫时间T2不强烈地依赖于温度，并且与较低E'密度的SiO_2膜相比，显著缩短。室温下的纵向弛豫时间T1 ~195（5）μ s与低密度SiO2相一致。相反，在T = 5 K时，T1 ~625（51）us比低E'密度的膜短得多。这些结果进行了讨论的上下文中的E'中心被用作探针自旋的自旋选择规则为基础的单自旋读出。
2013-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
