2D Rutherford-Like Scattering in Ballistic Nanodevices
纳米器件中的弹道注入是一个复杂的过程，其中电子可以被传输或反射，从而引入与其他量化电导的偏差。在这种情况下，量子环（QR）表现为模型几何：在半经典的观点中，大多数电子会反弹到中心QR反点，这会大大降低注入效率。由于卢瑟福散射的类比，我们表明，一个本地的部分耗尽的QR接近边缘的antidot可以反直观地缓解弹道电子注入。相反，局部电荷积累可以将半经典轨迹集中在硬壁电位上，并强烈增强反射回铅。对弹道QR的扫描门实验和对同一器件的电导的模拟是一致的，并且一致表明该效应与扰动强度和费米能量之间的比率成正比。我们的观察令人惊讶地符合简单的卢瑟福形式主义在二维的经典极限。
2018-04-06 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
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
Quantized conductance in a one-dimensional ballistic oxide nanodevice
二维电子气（2-DEG）的电场效应控制使得半导体中纳米级电子量子输运的探索成为可能。除了这些经典的材料，过渡金属氧化物为基础的结构具有d-电子态，有利于传统半导体中缺乏的新量子秩序的出现。在这种情况下，LaAlO 3/SrTiO 3界面，结合栅极可调超导性和相当大的自旋轨道耦合正在成为一个有前途的平台，实现拓扑超导性。然而，制造纳米器件，其中该氧化物界面的电子性质可以通过场效应控制在纳米级仍然是一个科学和技术挑战。在这里，我们证明了量子电导的弹道量子点接触（QPC），形成由静电约束的LaAlO 3/SrTiO 3 2-DEG与分裂栅的量子化。通过有限的源漏电压，我们进行了全面的光谱研究的三维能级内的QPC，它可以被看作是一个光谱仪能够探测在氧化物2-DEG的Majorana状态。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall
Conductance Quantization at zero magnetic field in InSb nanowires
弹道电子输运是邻近化InSb纳米线中存在拓扑相变的关键条件。然而，作为弹道输运的直接证据的量子化电导的测量到目前为止由于在一维纳米线中的背散射的增加的机会而被模糊。我们表明，通过改善的锗-金属界面以及介电环境，我们可以始终实现电导量子化在零磁场。此外，研究旋转磁场中的子带演化揭示了对于1 T以上的垂直场，第二和第三子带之间的轨道简并。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall
Universal Scaling of Electron Transmission for Nearly Ballistic and Quantum Dragon Nanodevices
研究通过NEGF方法揭示了金属纳米器件在加入不相关散射后，量子传输呈现两种普遍标度行为，通过微扰理论和计算机模拟验证了其有效性。
2025-12-29 cond-mat.mes-hall
Diffusive and Ballistic Transport in Ultra-thin InSb Nanowire Devices Using a Few-layer-Graphene-AlOx Gate
本研究制备超薄InSb纳米线并提出少层石墨烯结合ALD生长AlOx的新型栅控方案，通过低温输运测量观测到电导平台与法布里-珀罗干涉，证实少量子模式下的相位相干输运，为减轻半导体量子器件的无序影响提供了新途径。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-controlled Supercurrent in Ballistic InSb Nanoflag Josephson Junctions
具有强自旋轨道耦合和大Lande g因子的高质量III-V族窄带隙半导体材料为高速电子学、自旋电子学和量子计算领域的下一代应用提供了有前途的平台。锑化铟（InSb）提供窄的带隙、高的载流子迁移率和小的有效质量，因此在这方面非常有吸引力。事实上，这种材料近年来因实现支持马约拉纳零模的拓扑超导态而引起了极大的关注。然而，高质量的异质外延二维（2D）InSb层是非常困难的实现，由于大的晶格失配与所有常用的半导体衬底。另一种途径是生长独立的单晶2D InSb纳米结构，即所谓的纳米标志。在这里，我们展示了弹道约瑟夫森结器件的制造的基础上，InSb nanoflags与Ti/Nb的接触，显示栅极可调的接近感生的超电流高达50 nA，在250 mK和一个相当大的过剩电流。该器件显示出清晰的分谐波间隙结构的签名，表明在交界处的相位相干传输和高透明度的接口。这使得InSb纳米标志成为先进量子技术的通用和方便的2D平台。
2021-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Quantum coherent negative bend resistance in InSb mesoscopic structures
在1.5 - 300 K温度范围内对InSb/Al_xIn_（1-x）Sb量子阱结构的四端器件进行了输运测量。在通道宽度为0.2或0.5 μm的器件中观察到负弯曲阻力，这是弹道输运的特征。我们已经改进了现有的实现R-矩阵理论在器件物理引入边界条件，大大加快收敛。通过与R矩阵计算的比较，我们表明实验观测与量子相干输运是一致的。
2011-03-11 cond-mat.mes-hall
Ballistic transport in nanodevices based on single-crystalline Cu thin film
Pohang University of Science and Technology（浦项科技大学）；Crystal Bank Research Institute, Pusan National University（釜山大学晶体银行研究所）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Copper Innovative Technology (CIT) Co.（铜创新技术（CIT）有限公司）；Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）；Mississippi State University（密西西比州立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School（麻省总医院和哈佛医学院）；Pusan National University（釜山大学）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）
本研究通过单晶铜薄膜实现了纳米器件中的弹道输运，为探索铜的量子特性及高可靠性互连提供了新途径。
2026-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast spin initialization in a gated InSb nanowire quantum dots
提出了一种快速、精确的静电量子点中单个电子自旋初始化方法。该点是在纳米器件中创建的，该纳米器件由催化生长的锑化铟（InSb）纳米线和附近的栅极组成，控制电压施加到该栅极。首先，我们将任意自旋的单个电子插入导线。自旋的操作使用由电场引起的Rashba自旋-轨道相互作用来执行。首先，施加到横向栅极的单个电压脉冲用于将电子波包分裂成具有相反自旋取向的两个部分。接下来，施加到其余栅极的另一电压脉冲使两个部分的自旋在相反方向上旋转$π/2$。这样，最初相反的自旋部分最终指向相同的方向，沿着量子线的轴。因此，我们在预定义的方向上设置自旋，而不管其初始方向。这是在小于$60\,\mathrm{ps}$的时间内实现的，而不使用微波、光子或外部磁场。
2018-12-22 cond-mat.mes-hall
Observation of Conductance Quantization in InSb Nanowire Networks
马约拉纳零模（Majorana Zero Modes，MZM）是一种理想的拓扑量子比特，在量子计算中有着广阔的应用前景。半导体纳米线与强自旋轨道耦合提供了一个有前途的平台，利用一维电子输运的马约拉纳物理。证明MZM的拓扑性质依赖于编织，通过以一定的顺序围绕彼此移动MZM来完成。大多数建议的马约拉纳编织电路需要最小的混乱纳米线网络。在这里，电子输运跨越两个合并的InSb纳米线之间的结进行了研究，以调查如何无序这些纳米线网络。电导量子化平台中观察到的外延InSb纳米线网络的所有接触对，弹道输运行为的标志。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall
Spin transport in ferromagnet-InSb nanowire quantum devices
Majorana零模（MZM）是容错拓扑量子计算的基石，在具有强自旋轨道相互作用（SOI）的半导体纳米线（NW）中，如具有邻近诱导超导性的InSb和InAs纳米线中，已经观察到了MZM的特征。在这个研究最广泛的平台中实现拓扑超导性和MZM还需要消除自旋简并性，这是通过施加磁场以诱导螺旋间隙来实现的。然而，所施加的场可能对NW中的感应超导状态产生不利影响，并且还对设备施加几何限制，这可能影响未来基于MZM的量子寄存器的缩放。这些挑战可以通过将磁性元件与NW集成来规避。有了这个动机，在这项工作中，我们报告的第一个实验研究的自旋输运InSb纳米线，这是使设备与铁磁（FM）接触。我们观察签名的自旋极化和自旋相关的运输在准一维弹道制度。此外，我们表明，静电门调谐所观察到的磁信号，也揭示了运输制度，该设备作为一个自旋过滤器。这些结果开辟了一条通往发展MZM器件的途径，其中自旋简并被局部提升，而不需要施加磁场。它们还为实现利用量子线中的自旋轨道态的自旋基器件提供了一条途径。
2019-09-16 cond-mat.mes-hall
Few-Mode and Anisotropic Quantum Transport in InSb Nanoribbons Using an All-van der Waals Material-Based Gate
利用全vdW材料栅极实现InSb纳米带中少模式量子输运，展现清洁量子器件的潜力。
2025-01-29 cond-mat.mes-hall
Ballistic PbTe Nanowire Devices
本文介绍利用选择性区域生长技术制备的弹道PbTe纳米线器件，在零磁场下观察到量子化电导平台，表明谷简并解除，为Majorana研究减少无序障碍。
2023-09-12 cond-mat.mes-hall
Ballistic Majorana nanowire devices
马约拉纳模是拓扑超导体的零能量激发，表现出非阿贝尔统计。在将半导体纳米线耦合到s波超导体中进行检测的建议之后，几个隧道实验报告了特征马约拉纳签名。减少无序一直是这些实验的主要挑战，因为无序可以模仿马约拉纳的零能量特征，并使拓扑性质不可访问。在这里，我们展示了InSb纳米线器件的特征马约拉纳签名，表现出明确的弹道输运属性。应用磁场和使用局部栅极的载流子密度的空间控制产生零偏置峰值，该零偏置峰值在化学势、塞曼能量和隧道势垒的参数空间中的大区域上是刚性的。无序的减少使我们能够在参数空间中分辨出有无零偏峰的独立区域，这表明拓扑上不同的相位。这些观测结果与弹道系统中的马约拉纳理论相一致，并首次排除了已知的其他解释，即引发无序或不均匀的化学势。
2021-04-26 cond-mat.mes-hall
Uncovering Bound States in the Continuum in InSb nanowire networks
本文研究弹道区InSb纳米线网络在垂直磁场下的电荷输运，发现BICs在电导中呈现独特共振/反共振峰，找到最优引线配置并揭示Rashba相互作用的双重影响，为BICs观测及自旋电子器件开发奠基。
2024-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Nanodevices and Maxwell's Demon
在过去的二十年里，我们对远离平衡态的量子输运的理解有了重大进展，通过Landauer方法与非平衡格林函数（NEGF）方法的结合，出现了一个概念框架，该方法现在被广泛用于纳米器件的分析和设计。它为从分子导体到碳纳米管到硅晶体管的各种器件提供了统一的描述，涵盖了从弹道到扩散极限的不同传输机制。在这个演讲中，我使用这个模型的一个简单版本来分析一个特殊设计的设备，可以被称为电子麦克斯韦恶魔，一个让电子优先在一个方向上超过另一个方向。我的目标是说明接触和恶魔在运输和能量转换中的基本作用。讨论保持在学术层面，避开了现实世界的细节，但我们使用的说明性设备在当今技术的能力范围内。例如，最近在分子导体中的热电效应的实验与我们模型的预测吻合得很好。麦克斯韦的恶魔设备本身是非常相似的五层自旋扭矩设备已被研究的一些团体，虽然我们不知道任何讨论的可能性，使用该设备作为一个纳米级的热机或作为一个冰箱提出这里。然而，我的目的不是评估可能的实际应用。相反，它是介绍一个简单的透明模型，显示如何在适当的纳米器件中引入不等价的恶魔，可以实现能量转换。
2008-03-01 cond-mat.mes-hall
Husimi function for electrons moving in magnetic fields
Husimi函数允许人们从量子力学波函数或经典波场获得合理和有用的相空间概率分布，将它们与（半）经典方法和直觉联系起来。它们已被用于多个物理学领域，包括电子输运。我们表明，应用Husimi函数的弹道电子动力学在磁场需要特殊的考虑，以使他们遵守规范不变性和能量守恒。因此，我们扩展了Husimi函数形式主义，使磁场利用磁平移算子。我们展示了紧束缚磁输运计算在石墨烯纳米器件中的应用，突出与克莱因隧穿的连接。在最近的工作的延续，与本文中，我们进一步铺平了道路，使用胡西米函数解开纳米器件中的量子输运现象。
2019-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron spin rotations induced by oscillating Rashba interaction in a quantum wire
介绍了一种新的方法和纳米器件，它允许旋转被限制在栅控静电InSb纳米线量子点中的单电子自旋。所提出的方法不需要施加任何（振荡或静态）外部磁场。我们的建议，而不是采用空间和时间调制的限制电位诱导的电子门，这反过来又导致振荡Rashba型自旋轨道耦合。在这样的可变Rashba场中来回移动电子允许在不使用外部磁场的情况下分别实现围绕两个不同轴的自旋旋转。结果支持现实的三维时间相关的泊松-薛定谔计算系统和材料参数对应的实验访问的结构。
2015-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generation of spin-dependent coherent states in a quantum wire
我们提出了一种全电控纳米器件-门控半导体纳米线-能够产生一个被困在谐振子中的单个电子的相干态或这种相干态的叠加-薛定谔猫态。在该方案中，谐振势的基态电子由共振振荡的Rashba自旋轨道耦合驱动。这使得薛定谔猫态的叠加振幅取决于初始电子自旋状态。这种方法可以用于在相干态中定义的单个自旋量子位的初始化。通过适当的选通，获得了沿InSb纳米线的谐波限制势和Rashba自旋轨道耦合的调制。结果支持现实的三维时间相关的自洽泊松薛定谔计算。
2016-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Modeling of Nanoscale Devices
我们的目标是为工程师提供一个介绍非平衡格林函数（NEGF）的方法，它提供了一个强大的概念工具和实用的分析方法来处理小型电子器件量子力学和原子。我们首先回顾了传统的，半经典的运营商，已服务于设备工程师超过50年的描述的基础。然后，我们描述了为什么这种传统的方法在纳米尺度上失去了有效性。接下来，我们描述了半经典弹道输运和相位相干量子输运的Landauer-Buttiker方法。现实的装置包括打破量子力学相位并且还引起能量弛豫的相互作用。因此，纳米器件中的传输介于扩散和相位相干之间。我们介绍了非平衡格林函数（NEGF）的方法，它可以用来模拟设备的所有方式从弹道扩散限制。随后是用于模拟一大类分层结构（如纳米晶体管、碳纳米管和纳米线）的方程的总结。讨论了NEGF方法在硅纳米晶体管的弹道和散射极限中的应用。
2007-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Electron transport in crossed nanotubes with point contact
在Landauer-Buttiker理论框架下研究了由两个交叉纳米管组成的四端纳米器件中的电子输运.采用点接触交叉导电圆柱模型，得到了该装置弹道电导的显式表达式。尖锐的电导下降规定的谐振散射的接触显示出现在电导的第一个圆柱体。圆柱间的电导具有共振特性。研究了共振峰的形状和位置。我们的结果表明，在电导的不对称的下降和峰值的形式不同于众所周知的法诺线的形状。我们已经证明，柱之间的电导的最大值不超过电导量子的一个单位。
2007-06-30 cond-mat.mes-hall
Heating Dynamics of Mesoscopic Electron Baths at High Magnetic Field
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies（纳米科学与纳米技术研究中心）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
研究强磁场下介观电子浴的加热过程，揭示了两步热化机制，通过电子-声子-核自旋间的热流平衡，为纳米器件的热工程提供新视角。
2026-04-14 cond-mat.mes-hall
Atomistic simulations of heat transport in real-scale silicon nanowire devices
利用原子晶格动力学和散射理论，我们研究了纳米器件的热输运的10 nm厚的硅纳米线，从10到100 nm长，夹在两个散装水库。我们发现，在设备中的热传输显着不同的悬浮延长纳米线，由于声子散射在接触界面。我们发现，热传导和声子输运制度可以调整从弹道扩散通过改变纳米线的表面粗糙度和它们的长度。在含有短晶体线的器件中，声子隧穿发生并增强了超过单个接触的电导。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid normal-superconducting Aharonov-Bohm quantum thermal device
提出并理论研究了一个弹道Aharonov-Bohm（AB）环嵌入由正常金属（N）和超导（S）引线组成的N-S双端结构中的行为。该装置基于当前可用的技术，我们在这项工作中表明，它构成了一种有前途的混合量子热装置，作为量子热机和量子热整流器。值得注意的是，我们证明了AB环中的单粒子量子干涉和该结构的超导性质的相互作用，以实现该量子器件的混合操作模式。其作为量子热机的效率达到卡诺效率的$55\%$，我们预测热整流因子达到$350\%$。这些预测使得该装置非常有前途的未来相位相干热电子纳米器件。
2022-08-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermal dynamics and electronic temperature waves in layered correlated materials
我们探索分层强相关材料作为一个平台，以识别和控制非常规的传热现象。我们证明，这些系统可以定制，以维持广泛的热传输制度，从弹道，流体动力学所有的方式扩散。在流体动力学制度，波浪状的温度振荡预测到室温。所有上述现象都有一个纯粹的电子起源，源于电子系统中存在两个组件，每个组件在不同的温度下热化。可以利用相互作用强度作为旋钮来控制不同的热传输机制。目前的研究结果铺平了道路过渡金属氧化物异质结构作为构建模块的纳米器件，利用在皮秒时间尺度上的热传递的波动性质。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Sondheimer oscillations as a probe of non-ohmic flow in type-II Weyl semimetal WP$_2$
当电子应用中的导体收缩时，微观传导过程导致严重偏离欧姆定律。取决于动量守恒（$l_{MC}$）和弛豫（$l_{MR}$）电子散射的长度尺度以及器件尺寸（$d$），电流流动可以从欧姆状态转变到弹道状态再到流体动力学状态以及它们的更奇异的混合。到目前为止，在原位，在operando的方法来获得这些参数的自我一致的微/纳米器件内，从而确定其导电制度，是严重缺乏。在这种情况下，我们利用Sondheimer振荡，半经典的磁阻振荡由于螺旋电子运动，作为一种方法，以获得$l_{MR}$在微器件中，即使当$l_{MR}\gg d$。这给出了大量的信息$l_{MR}$补充量子振荡，这是敏感的所有散射过程。我们提取$l_{MR}$的Sondheimer振幅的拓扑半金属WP $_2$，在升高的温度高达$T\sim 50$ ~K，在一个范围内最相关的流体动力学输运现象。我们的数据微米尺寸的设备是在很好的协议与实验报告的大批量$l_{MR}$，从而确认WP $_2$可以微制造而不退化。实际上，测量的散射率与理论预测的电子-声子散射率匹配良好，从而支持在这些温度下WP $_2$中电子和声子之间的强动量交换的概念。这些结果最终确立了Sondheimer振荡作为研究非欧姆电子流的微器件中$l_{MR}$的定量探针。
2020-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
