Spin inertia and polarization recovery in quantum dots: Role of pumping strength and resonant spin amplification
自旋惯性测量是研究半导体纳米结构中长时间自旋弛豫过程的一种新的实验工具。我们发展了量子点中电子和空穴自旋惯性效应的理论。我们考虑了自旋取向的短光脉冲与任意的脉冲面积和失谐的trion共振。在量子点的基态和激发态中考虑了与外部纵向磁场的相互作用和与核自旋浴的超精细相互作用。我们分析了自旋惯性信号如何依赖于磁场（极化恢复）和泵浦脉冲的螺旋度的调制频率以及它们的功率和失谐。特别是，我们阐述了如何接近饱和极限的自旋极化影响的测量。自旋惯性测量的定量描述将使自旋动力学参数的确定，如自旋弛豫时间在基态和激发态和超精细相互作用的参数。最后，我们预测的共振自旋放大的出现，由于横向分量的核自旋波动，这表现为作为纵向磁场的函数的自旋极化的振荡本身。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall
The far-infrared absorption of a periodic 2DEG in the transition regime between weak and strong modulation
研究了量子点和反量子点阵列在垂直均匀磁场中的光吸收。电子系统的量子力学描述使用Hartree近似的相互库仑相互作用的电子。的吸收的演变被跟踪从均匀的强烈调制的情况下确定随后的集体模式，磁等离子体激元，和它们的相关性与系统的固有长度尺度。
1997-10-21 cond-mat.mes-hall
Optical amplification of spin noise spectroscopy via homodyne detection
目前，对精细半导体自旋系统（例如单个InGaAs量子点）的自旋噪声（SN）光谱测量不受光学散粒噪声的限制，而是受检测系统的电子噪声的限制。在这里，我们报告实现零差SN光谱，使散粒噪声有限的SN测量。对同位素富集的铷原子蒸气中杂质的原理验证测量表明，即使在低频谱中也可以利用零差SN光谱，这有助于先进的半导体自旋研究，如对自旋量子位的高阶SN测量。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall
Broadband parametric amplification for multiplexed SiMOS quantum dot signals
本研究利用JTWPA实现了SiMOS量子点信号的宽带参量放大，在3GHz下完成多路复用读出，SNR提升超10dB且在1.2T磁场下稳定运行，兼容标准自旋量子比特实验。
2023-08-02 cond-mat.mes-hall
Detection and amplification of spin noise using scattered laser light in a quantum-dot microcavity
通过测量散射光强度的角度特性，研究了量子点微腔中自旋噪声信号形成的基本特性。采用分布式布拉格反射器微腔增强了n掺杂（In，Ga）As/GaAs量子点系综的光-物质相互作用，研究了噪声信号形成的细微影响。通过检测透射光孔径外的散射光，我们测量了基本的电子自旋性质，如g因子和自旋退相时间。此外，我们研究了微腔的散射分布和信号放大的可能性，通过额外的共振激发的影响。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall
Fast gate-based readout of silicon quantum dots using Josephson parametric amplification
硅量子器件中的自旋是大规模量子计算的一个有希望的候选者。自旋量子位的基于门的感测提供了具有高保真度的紧凑且可扩展的读出，然而需要进一步改进灵敏度以满足在纠错协议中实现快速反馈所需的保真度阈值和测量时间尺度。在这里，我们结合了射频栅极为基础的传感在622 MHz的约瑟夫森参量放大器（JPA），在500-800 MHz的频带，以减少所需的积分时间读取硅双量子点的状态形成在纳米线晶体管。基于我们实现的信噪比（SNR），我们估计，单重-三重单激发读出的平均保真度为99.7%，可以在1 $μ$ s内执行，远低于容错读出的要求，比没有JPA快30倍。此外，JPA允许在较低的RF功率下工作，同时保持相同的SNR。我们确定的噪声温度为200 mK的贡献，从JPA（25%），低温放大器（25%）和谐振器（50%），示出的路线，以进一步提高读出速度。
2019-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unified approach to cyclotron and plasmon resonances in a periodic 2DEG hosting the Hofstadter butterfly
我们提出了一个库仑相互作用的二维GaAs电子气（2DEG）调制为横向超晶格的量子点受到外部垂直恒定磁场的回旋共振和各种磁等离子体激元模式的理论计算。我们使用基于Liouville-von Neumann方程的密度算子的实时激发方法，该方法可以超越线性响应，将所有感兴趣的纵向和横向集体模式的信息传递到相同的顺序。我们进行了广泛的分析共存的集体模式，由于横向限制和磁场为不同数量的电子在每个点。在2DEG的消失点调制的极限中，我们发现在激发光谱中的Hofstadter蝴蝶结构的迹象。
2021-12-15 cond-mat.mes-hall
Efficient room-temperature light-emitters based on partly amorphised Ge quantum dots in crystalline Si
与标准Si集成技术（SIT）兼容的半导体光发射器对于克服微电子器件1-3的操作速度的限制特别感兴趣。基于IV族元素的光源将是SIT兼容的，但是遭受体Si和Ge的不良光电性质。在这里，我们表明，外延生长的Ge量子点（QD）在一个完全相干的硅矩阵显示非凡的光学性能，如果部分非晶的Ge离子轰击（GIB）。GIB-QD表现出准直接带隙，并显示，与传统的SiGe纳米结构相比，几乎没有热猝灭的光致发光（PL）的室温（RT）。具有嵌入式GIB-QD的微盘谐振器表现出阈值行为和积分PL强度（IPL）随着激发功率Pexc的增加而超线性增加，这表明在完全SIT兼容的IV族纳米系统中通过受激发射进行光放大。
2015-05-13 cond-mat.mes-hall
Small-signal equivalent circuit for double quantum dots at low-frequencies
由于单电子器件中电流的量子性质，当在有限频率下探测时，新的物理现象可能会出现。在这里，我们提出了一个半经典的小信号模型的方法来取代复杂的单电子器件的线性参数电路元件，可以很容易地用于模拟电路仿真器。我们的方法是基于弱驱动的量子二能级系统，并在这里，我们使用它来计算有限频率阻抗的单电子双量子点（DQD）。我们发现，总阻抗是由三个元素，以前被认为是分开的：一个耗散项，对应于西西弗斯电阻，和两个色散项，包括量子和隧穿电容。最后，我们结合参数项来理解DQD与慢经典电振荡器的相互作用，该振荡器在量子比特的非共振态读出和参数放大中具有应用。
2018-12-21 cond-mat.mes-hall
Simulation of nonequilibrium spin dynamics in quantum dots subjected to periodic laser pulses
大规模模拟量子点在周期性激光脉冲串作用下的自旋动力学，使我们能够描述和理解相关的实验。通过将不同模型的数据与实验结果进行比较，我们对相关的物理机制有了更好的理解。使用复杂的数值方法和有效的实施外推参数相结合，非平衡稳态达到接近真实实验中的参数范围。在高性能计算的帮助下，我们可以调整实验参数，以指导未来的实验研究。重要的是，我们的模拟揭示了法拉第几何中共振自旋放大的可能性，即，当纵向磁场施加到量子点时。
2022-01-07 cond-mat.mes-hall
Anti-correlation for Conductance Fluctuations in Chaotic Quantum Dots
研究了在Wigner-Dyson系综交叉中具有有限隧道势垒的开放混沌量子点中介观电子输运的关联函数。使用一个分析存根形式主义，我们表明出现的耗尽/放大的电导波动作为隧道势垒的函数，电子能量或磁导场的参数变化。此外，即使对于纯Dyson系综，混沌量子点中电导涨落的关联函数也可以表现出反关联。实验支持我们的研究结果指出。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall nlin.CD
Collective Quantum Dot Inversion and Amplification of Photon and Phonon Waves
从理论上研究了微腔中强驱动二能级发射体量子点（QD）小样品中稳态粒子数反转的可能性及其对光和声波的放大作用。我们发现，光子和声子的反转和吸收谱主要取决于内禀真空和声子环境之间的相互作用。光子和声子的吸收曲线分别显示出明显的新颖特征，如增益而不是透明性和吸收反转为增益。此外，我们报告集体诱导的反转和显着的增益在光子，声子吸收光谱的波长大小的量子点合奏大幅增强。
2013-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
General theory of feedback control of a nuclear spin ensemble in quantum dots
本文提出了量子点在连续波泵浦下电子和空穴驱动的非平衡核自旋动力学的微观理论。我们显示的相关动力学的核自旋系综和电子和/或空穴在光激发下作为一个量子反馈回路和调查的动力学的许多核自旋作为一个非线性集体运动。这产生了三个可观察到的效果：（i）滞后，（ii）锁定（避免）泵的吸收强度（从）自然共振，和（iii）抑制（放大）弱极化核自旋的波动，导致延长（缩短）电子自旋相干时间。构造了一个单一的非线性反馈函数作为量子反馈回路中核场算符的“测量”，它决定了上述三种效应的不同结果，这取决于反馈是负的还是正的。一般理论也有助于透视现有的关于核自旋浴中单电子自旋问题的各种理论。
2013-07-03 cond-mat.mes-hall
Atomic Collapse in Disordered Graphene Quantum Dots
本文数值研究了无序石墨烯量子点中相互作用狄拉克费米子的库仑杂质问题。在扩展平均场哈伯德模型下，通过局域态密度计算，研究了在随机分布的晶格缺陷和空间势涨落存在下，原子坍缩的临界耦合常数的响应.我们发现，这两种类型的障碍造成的临界阈值的放大。其结果是，高达百分之三十四的临界耦合常数增加的报告。这个数值结果可以解释为什么库仑杂质在实验中保持亚临界，即使它们在理论上是超临界的。我们的研究结果还指出，原子崩溃的可能性，可以观察到在缺陷丰富的样品，如Ar $^{+}$离子轰击，He $^{+}$离子照射，氢化石墨烯。
2020-10-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Avalanche amplification of a single exciton in a semiconductor nanowire
连接单光子和电子是远程固态量子比特之间共享量子信息的关键因素。半导体纳米线提供了将光量子点与雪崩光电二极管相结合的独特可能性，从而能够将入射的单光子转换为宏观电流，以进行有效的电检测。目前，需要数百万个激发事件来执行激子量子位状态的电读出。在这里，我们演示了载流子的倍增，从一个量子点中产生的单个激子隧穿到纳米线雪崩光电二极管。由于电子和空穴的放大率都很大（> 10 ^4），我们将电学检测量子点中产生的单个激子所需的激发事件数量减少了四个数量级。这项工作代表了一个重要的一步，单次电读出，并提供了一个新的功能，片上量子信息电路。
2012-04-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant photon gain in large-scale quantum dot circuit-QED systems
受最近在工程混合量子系统中产生相干光的实验的启发，我们研究了耦合到量子点结构的微波光子腔中的增益，并提出了实现光子传输巨放大的具体方向。我们提出了两种用于按比例放大电子增益介质的架构：（i）$N$双量子点系统（N-DQD），（ii）类似于量子级联激光器设置的串联排列的$M$量子点。在这两种设置中，费米子库是电压偏置的，量子点耦合到单模腔。光放大是基于传输函数的求和规则来解释的，它是由两个不同过程之间的复杂竞争决定的：增益介质中的电荷密度响应，以及输入和输出端口的腔损耗。同样的设计原理也负责在其他光子观测量、平均光子数和发射光谱中的相应巨放大，从而实现表现为巨微波放大器的量子器件。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hot-carrier trapping preserves high quantum yields but limits optical gain in InP-based quantum dots
本研究揭示InP基量子点因热载流子超快俘获导致载流子损失、粒子数反转降低，限制其作为增益材料的应用，同时解释其在低强度发光转换中成功的原因，且该热载流子动力学为InP所独有。
2024-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Size and Shape on Electronic and Optical Properties of CdSe Quantum Dots
本文采用8带k $\cdot$ p模型，考虑价力场的影响，研究了尺寸和形状对硒化镉量子点的电学和光学性质的影响。研究了影响其性质的主要因素，包括能带混合几率、空间电荷分布、跃迁矩阵元和费米因子。发现体积较大的CdSe点具有较小的带隙，但较高的过渡矩阵元素和费米因子。点的最大光学增益被观察到有一个最初的积极，然后负相关性与它们的真实空间的大小作为各种因素的综合影响的结果。对于形状效应，立方量子点具有更小的带隙，费米因子和过渡矩阵元素比球形量子点，由于更高的水平的不对称性和不同的表面效应。因此，立方体点具有较低的发射能量，较小的放大率。近E1-H1跃迁的出现使立方量子点的增益谱变宽。立方体和球形点都被证明是在可见光范围内的光学器件的有前途的候选人。我们已经证明，尺寸和形状的变化都可以有效地改变量子点的性质，因此建议在优化任何所需应用的性能时考虑这两个因素。
2017-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coherent electron transport in silicon quantum dots
由于硅是自旋量子比特的首选材料，并且出于可扩展的量子计算机体系结构对快速可靠的量子信息片上传输的需求，我们研究了硅双量子点中的相干电子输运。我们首先研究了硅双点中的谷轨道动力学，并讨论了如何正确地测量隧道耦合以及两个量子点之间的谷相位差。然后，我们专注于可能的相位和自旋翻转的错误，在整个硅双点自旋运输。特别是，我们澄清校正的有效$g$ -因子的电子自旋从双点限制电位，并量化所产生的相位误差。然后，我们研究自旋保真度损失由于自旋谷混合，这是硅量子点的一个独特的功能。我们表明，谷之间的小相位校正可能会导致显着的相干性损失。我们还研究了由外部非均匀磁场或内部自旋轨道耦合引起的自旋翻转误差。我们表明，谷的存在使得有可能有更广泛的（在interdot失谐方面）的水平反交叉相比，典型的反交叉，例如，GaAs双点，和这样广泛的反交叉导致放大自旋翻转错误。最后，我们设计了一个脉冲序列，利用硅双点的多电平反交叉和采用朗道-齐纳跃迁来抑制各种可能的自旋翻转错误。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering ultralong spin coherence in two-dimensional hole systems at low temperatures
为了实现可扩展的固态量子比特系统，半导体量子点中的自旋是有希望的候选者。量子逻辑运算的一个关键要求是自旋系统的相干时间足够长。最近，基于III-V族的量子点中的空穴自旋被讨论为电子自旋的替代物，因为与电子自旋相反，空穴自旋不受与核自旋的接触超精细相互作用的影响。在这里，我们报告了一个突破的自旋相干时间的空穴系综，局限于所谓的自然量子点，在狭窄的GaAs/AlGaAs量子阱在低于500 mK的温度。一致地，时间分辨的法拉第旋转和共振自旋放大技术提供空穴自旋相干时间，其在高于70 ns的低磁场极限值中接近。空穴自旋极化的光学初始化，以及在我们的样品中的互连的电子和空穴自旋动力学是很好地再现使用速率方程模型。
2010-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Dot-Based Parametric Amplifiers
接近量子限制噪声性能的约瑟夫森参量放大器（JPA）已经有助于实现超导量子比特的高保真度读出，最近，半导体量子点（QD）也是如此。我们提出，电子二能级系统中产生的量子电容（约瑟夫森电感的对偶）可以提供一个替代的无耗散的非线性元件的参数放大。实验证明，在1.8~GHz超导集总元件微波腔中，CMOS纳米线分裂栅晶体管利用量子点库电子跃迁实现相敏参量放大，参量增益为-3 ~+3 dB，受西西弗斯耗散的限制。使用半经典模型，我们发现在当前技术能力范围内的优化设计可以实现与JPA相当的增益和带宽，同时提供与半导体平台集成或在更高磁场下操作相关的补充规范。
2021-12-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Uniaxial stress flips the natural quantization axis of a quantum dot for integrated quantum photonics
外延量子点中的光学选择规则强烈地受到其自然量子化轴的取向的影响，其通常平行于生长方向。这种配置非常适合垂直发射器件，但不适合平面光子电路，因为生长平面中的过渡偶极子的取向控制不好。在这里，我们表明，砷化镓点的量子化轴可以翻转到生长平面通过温和的平面单轴应力。通过使用具有应变放大功能的压电应变致动器，我们研究了选择规则和激子精细结构在一个制度中的演变，其中量子限制可以被视为微扰相比，应变在确定系统的对称性。实验和计算结果表明，单轴应力，可能是正确的工具，以获得量子光源与理想取向的过渡偶极子和增强的振荡器强度集成量子光子学。
2018-10-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Dzyaloshinskii-Moriya interaction as a coherence diagnostic for chirality-induced spin selectivity
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔基分校）
本文通过分析手性分子桥超交换相互作用中的对称性，提出Dzyaloshinskii-Moriya相互作用可作为区分相干与非相干手性诱导自旋选择性的序参量，并预测了实验可观测的相干旋转角阈值。
2026-05-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
