Electron-phonon interaction in nanodevices
电子能级占据的上转换效应早先被解释为在像量子点这样的小系统中，载流子对晶格振动的纵向光学声子的多次散射的含义。在这项工作中，我们研究的影响，这种效应对电子运动的纳米晶体管表示的量子点连接到两个电线和栅极。我们表明，在一个不对称的纳米晶体管的上转换效应引起的源极和漏极之间的自发电流，或这些电极之间的自发电压的外观。该效应将基于纳米晶体管的理论描述的众所周知的达塔玩具模型和在对电子自能的自洽玻恩近似中给出量子点中电子的多次散射的附加动力学方程来研究。我们还将简要讨论这一理论结果与现有的实验在门控纳米结构的电流-电压特性的关系。
2008-07-03 cond-mat.mes-hall
Spin Gating of Mesoscopic Devices
纳米导体中电场的低效率屏蔽使得纳米器件中电子输运的电操纵成为可能。因此，静电（电荷）门控通常用于影响和控制现代纳米器件中的库仑静电和量子干涉。除了它们的电荷，电子的另一个（量子力学）性质-它们的自旋-是现代自旋电子学的核心，这个术语意味着小系统的许多磁性和电学性质同时被收集用于设备应用。在这篇评论中，实现介观器件的“自旋门控”的可能性，即外部自旋控制纳米器件的电子性质的可能性进行了讨论。而不是库仑相互作用，这是负责电荷门控，我们认为其他两种机制的自旋门控。这些一方面是磁性器件中的磁交换相互作用，另一方面是自旋-轨道耦合（“Rashba效应”），这在低维导体中很突出。一些不同的现象表明自旋门现象将被讨论，包括磁穿梭，Rashba自旋分裂，和自旋门弱超导性的自旋力学。
2015-07-21 cond-mat.mes-hall
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
Dynamical nuclear spin polarization and the Zamboni effect in gated double quantum dots
研究了门控双点系统中的动态核极化方案。我们证明，一个小的偏振（$\sim 0.5%$）是足够的，以提高两个数量级的单重态衰减时间。这种增强归因于两个点中的核库之间的平衡过程，伴随着由电子-核自旋超精细相互作用介导的Overhauser场的波动减少。
2007-04-06 cond-mat.mes-hall
Magnetoplasmon-Mediated Resonant Photogalvanic Effect in a Gated Strip of 2D Electrons
Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院科捷尔尼科夫无线电电子学研究所）；National Research University Higher School of Economics（国立高等经济大学）
该研究探讨了二维电子条带中磁光子介导的共振光电伏特效应，揭示了其与经典霍尔效应的相似性及磁场与电流的关系。
2025-12-11 cond-mat.mes-hall
Spin-valley system in a gated MoS$_2$-monolayer quantum dot
本研究的目的是设计一种基于MOS $_2$单分子层中的栅极定义的量子点的纳米器件，通过施加控制电压来调节器件的限制电势并强制谷间跃迁。本发明的Rashba自旋-轨道耦合另外允许自旋操作。此外，这两种效应都使自旋谷SWAP成为可能。考虑到可行的点形成电位和控制Rasha耦合的电场，器件结构被逼真地建模。因此，通过进行可靠的数值模拟，我们展示了如何通过电气控制设备中电子的状态，我们可以在自旋谷双量子位系统中获得单量子位和双量子位（因此是通用的）门。通过模拟，我们研究了基于单电子的双量子位\textit{locally}的实现的可能性，具有一个有趣的特点，即双量子位门比单量子位门更容易实现。
2019-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polariton resonances for ultra-strong coupling cavity optomechanics in GaAs/AlAs multiple quantum wells
利用共振布里渊实验研究了GaAs/AlAs多量子阱中极化激元介导的光-声相互作用。在激子极化激元共振光弹耦合增强达到105在30 K相比，一个典型的散装固体室温下的透明度值。当应用于GaAs基腔光机械纳米器件时，这一结果为巨大的位移灵敏度和新颖的超强耦合腔现象开辟了道路，光机械耦合g 0在100 THz的范围内。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall
Enhanced Backgate Tunability on Interfacial Carrier Concentration in Ionic Liquid-Gated MoS2 Devices
本研究在离子液体栅控MoS2器件中，利用背栅解耦周期性调制势与载流子浓度，实现与离子栅控相当的载流子可调性，激活体通道介导的背隧穿机制。
2025-04-25 cond-mat.mes-hall
All electrically controlled quantum gates for single heavy hole spin qubits
本文提出了几种实现基本单重空穴量子比特操作的纳米器件，并采用四带重空穴-轻空穴模型进行了含时自洽Poisson-Schr？dinger计算。特别地，我们提出了一组纳米器件，其可以充当Pauli X，Y，Z量子门，并且作为在重空穴自旋量子比特上充当类似于Hadamard门的门（即，它创建基态的平衡叠加，但是具有附加的相位因子）。我们还提出了一个门控半导体纳米器件的设计和模拟，它可以实现任意序列的所有这些建议的单量子逻辑门。所提出的器件利用空穴波函数的自聚焦效应，其允许以稳定的类孤子波包的形式沿着给定路径引导空穴。由于Dresselhaus自旋轨道耦合的存在，空穴沿某一方向的运动等效于施加一个有效的磁场，该磁场又引起重空穴自旋的相干旋转。空穴运动以及由此产生的量子逻辑操作仅通过施加到覆盖纳米器件的电极的弱静态电压来初始化。所提出的门允许全电和超快（几十皮秒）重空穴自旋操纵，并给出了实现用于量子计算应用的重空穴自旋量子比特的可扩展架构的可能性。
2013-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetic semiconductor artificial atom with many particles: Thomas-Fermi model and ferromagnetic phases
利用自洽玻尔兹曼方程理论研究了具有载流子介导铁磁性的半导体量子点中的多粒子电子态。取决于条件，量子点可以包含三个相：部分自旋极化的铁磁相、完全自旋极化的铁磁相和顺磁相。多体铁磁约束系统的物理性质来源于载流子介导的铁磁相互作用和库仑相互作用的竞争。带空穴的量子点中的磁相可以通过电压或光学方法来控制。
2005-08-09 cond-mat.mes-hall
All-electric single electron spin-to-charge conversion
我们研究自旋相关的位移的一个单一的电子，导致分离和搬迁的电子波函数组件，从而收费部分，对应于相反的自旋。这种分离是由产生变化的Rashba型自旋-轨道耦合的电场的脉冲引起的。该机制接下来在基于量子纳米线内限定的门控量子点的纳米器件中实现。电场脉冲由施加到附近栅极的几百mV量级的电压的超快变化产生。该设备是现实建模与适当的材料参数和施加到栅极的电压，产生一个准确的限制电位和Rashba耦合。最后，我们提出了一个自旋-电荷转换装置，它与一个额外的电荷检测器将允许电子自旋态测量。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall
From Non-Markovian Dissipation to Spatiotemporal Control of Quantum Nanodevices
本文用张量网络模拟全量子系统-环境模型，揭示非马尔可夫传播环境如何远程传能并可逆调控非相互作用量子纳米器件。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
Tunable coupling of qubits: nonadiabatic corrections
我们分析了量子比特的耦合介导的可调和快速的元素超越绝热近似。非绝热修正是重要的，甚至在相关参数范围的部分占主导地位。作为一个例子，我们考虑了由门控约瑟夫森结介导的两个电荷量子比特之间的可调电容耦合，如Averin和Bruder所建议的。当电容耦合被调谐为零时，非绝热的电感性贡献仍然存在。另一方面，如果量子比特在对称点处操作，则可以关闭总耦合（在旋转波近似中）。
2006-05-12 cond-mat.mes-hall
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
Proximity effect in a two dimensional electron gas probed with a lateral quantum dot
我们报告了低温输运测量的平面Nb-InGaAs-Nb邻近约瑟夫森结托管栅极定义的横向量子点的弱链接。我们首先研究了当所有门都接地时，准粒子和约瑟夫森输运通过开放结。当量子点通过静电耗尽被限定在正常区域时，共隧穿光谱允许我们直接探测在二维电子气中诱导的能隙。我们的数据显示出良好的定性协议与模型描述的共振隧穿通过安德森杂质连接到超导电极。这些结果证明了基于二维电子气耦合到超导体的顶栅纳米器件的可行性。
2011-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Phonon-mediated room-temperature quantum Hall transport in graphene
二维电子系统（2DES）中的量子霍尔（QH）效应通常在液氦温度下观察到，其中晶格振动被强烈抑制，体载流子散射由无序主导。然而，由于大的朗道能级（LL）分离（在B = 30 T下~2000 K），石墨烯可以支持高达室温（RT）的QH效应，伴随着不可忽略的声学声子群，其波矢量与逆电子磁性长度相称。在这里，我们证明，石墨烯封装在六方氮化硼（hBN）实现了一种新的传输制度，其中在QH相的耗散主要是由电子-声子散射。调查热激活运输填充因子2 RT的背栅设备的合奏，我们表明，高B-场的行为与他们的零B-场运输迁移率。通过这种方式，我们扩展了广泛接受的概念，声子有限的电阻率在超净石墨烯到一个迄今为止尚未探索的高场领域。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall
Electron spin separation without magnetic field
提出了一种能够分离被限制在形成于栅控半导体纳米线中的量子点中的两个电子的自旋的纳米器件。最初被限制在单重态的单个量子点中的两个电子被转换成被限制在具有相反自旋的两个空间分离的量子点中的两个电子的系统。为了分离电子的自旋，我们利用单重态和三重态之间的跃迁，这是由共振振荡Rashba自旋轨道耦合强度引起的。该装置全部采用电控，电子自旋分离可在几十皮秒内实现。数值求解了准一维含时双电子薛定谔方程，并精确地考虑了电子-电子关联.
2014-02-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
A graphene edge-mediated quantum gate
我们提出了一个量子门架构，允许系统控制嵌入在纳米级石墨烯片之间的有效交换相互作用的磁性杂质通过门控桥连接。磁矩和碎片边缘状态之间的纠缠被用来静电调谐交换相互作用，从铁到反铁磁，仅仅通过改变桥的载流子密度。通过表征尺寸和耦合参数的影响，我们探索了不同的操作制度，这种设备的密度矩阵重整化群（DMRG）的精确计算。我们分析的结果，利用一个简化的模型，占主要的多体机制。最后，我们讨论了如何使用这些设备的阵列来构建量子多体哈密顿的量子模拟器。
2021-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Quantum theory of longitudinal-transverse polaritons in nonlocal thin films
当中红外线与纳米级极性电介质结构相互作用时，光学声子传播不能被忽略，导致我们最近才开始发现的丰富的非局域现象。在适当制作的纳米器件中，这包括产生具有混合纵向-横向性质的极化激元激发，预测其允许从纵向电流到远场横向辐射的能量漏斗。在这项工作中，我们研究了这些纵向-横向极化激元在介电纳米层中的物理特性，其中非局域性强烈耦合ε近零模式到纵向声子。在计算了系统的频谱解决麦克斯韦方程组，我们开发了一个分析极化激子理论能够透明地量化的非局域介导的耦合作为系统参数的函数。这样的理论提供了一个强有力的工具，研究的纵向横向极化激元相互作用，我们用它来确定所需的条件的混合模式出现。
2021-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
On the origin of the controversial electrostatic field effect in superconductors
在半导体电子学中，场效应是指控制纳米器件中的导电性，这支撑了场效应晶体管，这是当今半导体技术的基石之一。这种效应是通过电场深入到弱杂质半导体中实现的，弱杂质半导体的电荷密度不足以屏蔽电场。相反，金属和超导体中的电荷密度非常大，以至于电场从表面呈指数衰减，只能穿透很短的距离进入材料。因此，场效应不应该存在于这样的材料中。尽管如此，最近的出版物报道了超导体和接近正常金属纳米器件的场效应的观察。在门控纳米尺度超导收缩中发现了这种效应，它是在强电场的作用下对临界电流的抑制，并解释为在超导膜内部传播的电场诱导扰动。在这里，我们表明，我们的，和以前报道的观察，由过热的收缩，没有诉诸新的物理。过热的起因是栅极和收缩部之间的漏电流，该漏电流完全遵循来自金属电极的电子场发射的福勒-诺德海姆模型。
2020-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Gate-tunable quantum acoustoelectric transport in graphene
该研究在 LiNbO3 上构建 BN 封装石墨烯双栅声电器件，利用脉冲表面声波实现栅极可调的纵向与横向声电输运，并观测到可用于无磁场载流子密度提取及更稳健的量子振荡。
2024-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron Spin Relaxation in Graphene Nanoribbon Quantum Dots
石墨烯作为电子自旋量子比特的主体材料是有希望的，因为它具有长相干时间的预测潜力。在扶手椅型石墨烯纳米带（aGNR）中，小的带隙被打开，允许电选通量子点，并且此外谷简并被提升。自旋寿命T_1受自旋弛豫的限制，其中塞曼能量被晶格振动吸收，通过自旋-轨道和电子-声子耦合介导。我们用解析的方法计算了T_1，发现T_1可以在秒的范围内是由于几个原因：（i）远离Van Hove奇异点的低声子态密度，（ii）两种弛豫机制之间的相消干涉，（iii）低磁场下的Van Vleck相消，（iv）低磁场下的Van Vleck相消，（v）低磁场下的Van Vleck相消，（v）低磁场下的Van Vleck相消，（v）低磁场下的Van Vleck相消。（iv）由于aGNR的电子结构，在最低阶中与面外模式的耦合消失。由于~（12）C核自旋的消失，T_1可以作为整体相干性的一个很好的度量。这些结果和石墨烯纳米带的控制生产的最新进展，使该系统有趣的自旋电子学应用。
2013-06-14 cond-mat.mes-hall
Probing Spin Helical Surface States in Topological HgTe Nanowires
具有螺旋表面态的纳米线代表了观察和利用相位相干拓扑电导现象的关键先决条件，例如自旋动量锁定量子输运或拓扑超导性。我们证明了在一个联合的实验和理论研究，门控纳米线制造的高迁移率应变碲化汞，被称为散装拓扑绝缘体，确实保留了拓扑性质的表面状态，而且延伸相位相干整个线的几何形状。的相位相干长度被增强到5 $μ$ m时，调整到体间隙的电线，以便挑选出拓扑运输。纳米线表现出不同的电导振荡，作为由于轴向磁场的通量的函数，和栅极电压。观察到的$h/e$周期性Aharonov-Bohm型调制表明表面介导的准弹道输运。此外，深入分析所观察到的依赖于栅极的电导振荡的缩放揭示了这些表面状态的拓扑性质。为此，我们结合数值紧束缚计算的量子磁导与模拟的静电，占栅极诱导的不均匀的载流子密度周围的电线。我们发现，螺旋运输普遍存在，即使是强烈的非均匀门控和受磁通敏感的高角动量表面状态，围绕整个电线圆周延伸。
2017-12-11 cond-mat.mes-hall
Towards computer-assisted design of hole spin qubits in quantum dot devices
可扩展量子计算机的设计将受益于考虑量子比特设备的设计和布局的量子比特性能预测模型。这种方法最近被用于超导量子比特，但在半导体中的自旋量子比特中很少受到关注。在这里，我们采用模型的设备和量子力学状态的价带理论研究的性质，空穴自旋量子比特的横向门控量子点的第IV族材料，这已收到显着最近的关注。我们发现设备设计以意想不到的方式影响量子比特属性。首先，最佳操作点的存在，其中相干时间长，量子位可以快速操纵的结果不仅从栅极电压引起的Rashba系数的变化，而且从栅极电压引起的变化，量子点半径在实际设备中，这影响g因子，即使当反转对称性被保留（Rashba耦合为零）。其次，与谐波势假设相比，在我们考虑的设备设计中，实际非谐波势中的量子比特电操纵实质上更高，高出一个数量级，因为量子比特的横向电偶极子依赖于与许多激发态的电介导耦合。最后，我们表明，快速电驱动，兼容长的相干时间，可以实现在单孔制度，有和没有应变。这些结果建立了对器件和量子力学状态的真实描述的需要，以支持自旋量子比特器件的设计，确定控制空穴量子比特特性的新方法。
2022-09-24 cond-mat.mes-hall
Efficiently gate-tunable ferromagnetism in ferromagnetic semiconductor-Dirac semimetal p-n heterojunctions
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of North Texas（北德克萨斯大学）；National Institution of Standards and Technology（国家标准与技术研究院）；Oak Ridge National Lab（橡树岭国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
通过门控调节Cd₃As₂/In₁₋xMnₓAs异质结中的铁磁性，发现T_C可被10V电压高效调控，揭示了狄拉克半金属与铁磁半导体间的相互作用。
2026-03-06 cond-mat.mes-hall
