Tunable valley Hall effect in gate-defined graphene superlattices
我们从理论上研究了作为实现可调谷依赖输运的平台的具有破缺反转对称性的栅极限定的石墨烯超晶格。我们的分析是基于最近的实验[C. Forsythe等人，Nat. Nanotechnol. 13，566（2018）]，其中通过纳米结构化石墨烯/图案化电介质/栅极结构中的电介质，在石墨烯上诱导了栅极可调超晶格电势。我们演示了如何电子紧束缚结构的超晶格系统类似于一个缺口狄拉克模型与相关的谷依赖运输使用展开程序。以这种方式，我们得到的谷霍尔电导率从超晶格布里渊区的Berry曲率分布，并证明了这种电导率的可调谐性的超晶格势。最后，我们计算了与横向谷电流和纵向充电电流相关的谷霍尔角，并证明了谷电流对图案化电介质中不规则性的鲁棒性。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall
Spin filling of valley-orbit states in a silicon quantum dot
我们报道了一个低无序硅金属氧化物半导体（Si MOS）量子点的演示，其中包含一个可调的电子数从零到N=27。平行磁场下观察到的附加能的演化揭示了电子自旋填充到谷轨道态。我们发现一个分裂的0.10毫电子伏之间的地面和第一激发态，与理论一致，并把谷分裂的下限。我们的研究结果为在不久的将来实现基于硅量子点的自旋量子比特提供了乐观的前景。
2011-07-08 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable Topological Valley Transport in Bilayer Graphene
谷赝自旋是表征能带中简并谷的量子自由度，是二维狄拉克材料的一个显著特征。与自旋类似，谷赝自旋由时间反转的一对状态跨越，尽管两个谷赝自旋状态在空间反转下相互转换。反演对称性的破缺导致了各种谷对比的物理性质;例如，谷依赖的拓扑输运是科学和技术的兴趣。双层石墨烯（BLG）是一种独特的系统，其固有的反转对称性可以被垂直电场可控地打破，为连续可调的谷拓扑输运提供了难得的可能性。在这里，我们使用了一个垂直的门电场打破BLG的反转对称性，和一个巨大的非局域响应被观察到作为谷赝自旋的拓扑输运的结果。我们进一步表明，谷传输是完全可调的外部门，和非本地信号持续到室温和长距离。这些观测结果挑战了当代对间隙系统中拓扑输运的理解，并且强大的拓扑输运可能导致未来的valleytronic应用。
2015-01-20 cond-mat.mes-hall
Valley splitting by extended zone effective mass approximation incorporating strain in silicon
针对SIMOX SOI衬底上硅MOSFET经高温退火后出现大谷劈裂的未知来源，本文基于扩展区有效质量近似分析，提出BOX界面附近约5%的<110>剪切应变是其主要成因。
2023-09-11 cond-mat.mes-hall
Lifetime enhanced transport in silicon due to spin and valley blockade
我们报告的观察寿命增强传输（LET）的基础上垂直谷在硅晶体管中的双电子系统的输运光谱测量。LET表现为一个特殊的电流阶跃的稳定性图，由于之间的一个激发态和任何较低的能量状态，由于垂直谷（和自旋）配置的禁戒跃迁，提供了一个额外的电流path. By采用详细的温度依赖性研究结合速率方程模型，我们估计这个特定的状态的寿命超过48 ns。通过大规模原子紧束缚模拟，得到了器件中所有相关受限量子态的双电子自旋谷组态。LET是硅中复杂的谷物理学的一个特征;这一特征在硅量子器件中变得越来越重要。
2011-07-19 cond-mat.mes-hall
Large tunable valley splitting in edge-free graphene quantum dots on boron nitride
二元自由度的相干操纵是现代量子技术的核心。石墨烯提供了两个二进制度：电子自旋和谷。有效的自旋控制已经在许多固态系统中得到证实，而谷的开发只是最近才开始，但没有在单电子水平上的控制。在这里，我们表明，石墨烯到六方氮化硼的范德华堆叠提供了一个天然的平台谷控制。我们使用由扫描隧道显微镜的尖端诱导的石墨烯量子点，并通过量子点位置的亚10 nm位移展示了从-5到+10 meV（包括谷反转）可调谐的谷分裂。这将受控谷分裂的范围提高了约一个数量级。自旋和谷态的可调反转应该能够实现这些自由度的相干叠加，作为实现基于石墨烯的量子比特的第一步。
2018-03-20 cond-mat.mes-hall
Spatially Resolving Valley Quantum Interference of a Donor in Silicon
同位素纯硅中施主系综的电子和核自旋经历了类似真空的环境，使它们具有非凡的相干性。然而，与真正的真空相反，硅中的电子占据了动量空间中谷的量子叠加。硅中可寻址的单量子位和双量子位操作需要将量子位放置在界面附近，修改与这些量子叠加相关的谷自由度，并强烈影响量子位弛豫和交换过程。然而，迄今为止，光谱测量只能间接探测波函数，阻止直接实验访问山谷人口，施主位置和环境。在这里，我们直接探测单个次表面施主的单量子态的概率密度，在实空间和倒易空间，使用扫描隧道光谱。我们直接观察到与施主基态中谷的线性叠加相关的量子力学谷干涉图样。谷人口被发现是在$5 \%$的散装施主时，$2.85\pm0.45$ nm的界面，表明谷扰动引起的自旋弛豫的增强将是可以忽略不计的深度$>3$ nm。观察到的谷干扰将使两个量子比特交换门对亚表面施主位置的原子尺度变化敏感。此外，这些结果也将感兴趣的新兴计划提出直接在谷极化编码信息。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall
Impact of the valley orbit coupling on exchange gate for spin qubits in silicon quantum dots
简并导带谷的存在以及它们如何通过界面混合在决定硅纳米结构中的电子相互作用和光谱中起着关键作用。本文研究了对称双电子硅双量子点中谷相对交换相互作用的影响。通过组态相互作用计算，发现交换分裂在两点间的谷相位差为有限值时被抑制，当相位差为π时，交换分裂达到最小值（{ \sim } 0）.这种抑制可以用哈伯德模型通过基态单重态和三重态上的双占据态的谷相位依赖的修整来解释。更高轨道态的贡献在确定交换能的值方面也起着至关重要的作用，交换能是诸如自旋量子比特交换门等应用的关键参数。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall
Valley population of donor states in highly strained silicon
应变被广泛用于可控地调整材料的电子特性。在间接带隙半导体（如硅）的背景下，应变提升了六个导带最小值的谷简并性，并通过扩展提升了与磷供体结合的电子的谷态。在这里，单个磷原子被嵌入到应变到0.8%的硅的工程薄层中，并且它们的波函数使用空间分辨光谱成像。从真实空间图像中确认了平面外谷的普遍性，并且使用理论建模工具的组合来评估这种谷再布居效应如何在与原子精确供体量子位器件相关的$xy$平面中产生各向同性交换和隧道相互作用。最后，剩余存在的面内谷证明了实验和理论图像的傅立叶分析，和原子计算突出了更高的轨道激发态，以获得谷人口和应变之间的精确关系的重要性。控制工程应变外延层中的谷自由度为硅中基于施主的量子技术的发展提供了新的竞争优势。
2021-09-17 cond-mat.mes-hall
Detection of a large valley-orbit splitting in silicon with two-donor spectroscopy
我们测量了硅栅纳米线中浅孤立磷施主的大的谷轨分裂。这种分裂接近体值，远高于硅纳米结构的先前报告。这是确定使用双掺杂剂传输光谱，消除文物引起的环境。考虑到施主相对于Si/SiO $_2$界面和导线中的电场的位置的定量模拟表明，所发现的值与器件的几何形状一致。
2012-07-12 cond-mat.mes-hall
Impact of valley phase and splitting on readout of silicon spin qubits
我们研究了谷自由度对硅中自旋量子位的保利自旋封锁读出的影响。谷分裂能量设置单重态-三重态分裂，从而限制失谐范围。谷相位差控制谷内和谷间隧道耦合的相对强度，在所提出的保利自旋封锁读出方案中，谷内和谷间隧道耦合分别耦合单线态和极化三线态。我们发现，高保真度读出是可能的相位差的范围很广，同时考虑到实验观察到的谷分裂和隧道耦合。我们还表明，谷分裂的控制与读出失谐的优化一起可以补偿谷相位差的影响。为了提高测量保真度和延长弛豫时间，我们提出了一个锁存协议，需要一个三重量子点，并利用弱远程隧道耦合。这些机会对于缩放自旋量子比特系统和提高量子比特读出保真度是有希望的
2018-03-05 cond-mat.mes-hall
Tunable Circular Dichroism and Valley Polarization in the Modified Haldane Model
我们研究的偏振依赖性的光吸收的修改后的Halfton模型，表现出反手性的边缘模式中存在的样品边界，并已被认为是可实现的过渡金属dichalcogenides或Weyl半金属。揭示了一个丰富的光学相图，其中完美的圆二色性，赝自旋和谷偏振之间的相关性可以独立地调整后的费米能量。重要的是，完美的圆二色性和谷偏振同时实现。这种前所未有的光学特性组合提出了一些有趣的新型光子器件功能（例如光偏振器），这些功能可以与谷电子应用（例如谷电流的产生）相结合。
2019-04-18 cond-mat.mes-hall
Electrically Tunable Valley-Based Qubits in Moiré Quantum Dots
Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Nicolaus Copernicus University（哥白尼大学）
针对可扩展电控量子比特的挑战，本文提出以栅极定义的莫尔量子点为平台，利用莫尔工程解决谷物理矛盾，实现基于谷的量子比特的电可控操作。
2026-08-19 cond-mat.mes-hall
Orbital and valley state spectra of a few-electron silicon quantum dot
理解硅纳米器件中轨道态和谷量子态之间的相互作用对于评估基于自旋的量子比特的前景至关重要。利用动态电荷传感和脉冲电压谱技术研究了硅金属氧化物半导体量子点的能谱。使用附近的单电子晶体管作为电荷传感器，将量子点的占用探测到单电子水平。发现第一轨道激发态的能量随着电子占有率从N=1增加到4而迅速降低。通过监测点的连续自旋填充，我们提取了约230 μeV的谷分裂，与电子数无关。这表明量子比特操作的有利条件在少电子区域中就位。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall
Valley blockade in a silicon double quantum dot
双量子点中的电输运揭示了量子点载流子态的许多有趣特性。硅量子信息技术的最新进展重新引起了人们对硅中电子谷态的兴趣。在这里，我们显示通过台面蚀刻的硅双量子点的直流传输的测量。比较偏置三角形（即，DQD中允许电流的区域），我们发现在两个偏置极性处的偏置三角形的大小的系统不对称性。这种性质的不对称性与由于占据亚稳态而导致的隧穿事件的阻塞相关联。我们的数据的几个特征使我们得出结论，所涉及的状态不是简单的自旋状态。相反，我们开发了一个模型的基础上选择性填充的DQD中的谷状态，这是符合我们的数据的所有定性特征。
2017-11-08 cond-mat.mes-hall
Wide Electrical Tunability of the Valley Splitting in a Doubly gated Silicon-on-Insulator Quantum Well
本研究通过低温磁输运测量发现双栅绝缘体上硅量子阱的谷劈裂可通过静电偏置δn宽范围调控，最高达6.3 meV且与总载流子浓度无关，前界面高k介质也提供了额外调控途径。
2025-09-02 cond-mat.mes-hall
Protected valley splitting against interface disorder toward scalable silicon electron spin qubits
通过单轴应变增强谷分裂并使其免受界面杂波影响，提升硅基自旋量子比特的栅极均匀性，为可扩展量子处理器奠定基础。
2025-11-27 cond-mat.mes-hall
Valley splitting in silicon from the interference pattern of quantum oscillations
我们确定的能量分裂的导带谷的二维（2D）电子限制在硅金属氧化物半导体（Si-MOS）霍尔栅晶体管。这些Si-MOS霍尔条由先进的半导体制造工艺在300 mm Si晶片上制成，支持高质量的2D电子气，最大迁移率为17.6 $\times$ 10 $^3$ cm $^2$ /Vs，最小渗透密度为3.45 $\times$ 10 $^{10}$ cm $^{-2}$。由于低的无序，我们观察到的Shubnikov-de Haas振荡，从能量分裂两个低洼的导带谷产生的殴打。从分析的振荡跳动模式，T = 1.7 K，我们估计在6.8 $\times$ 10 $^{12}$ cm $^{-2}$的密度为8.2毫电子伏的最大谷分裂。此外，谷分裂增加与密度在一个接近理想的半导体/氧化物界面的理论预测一致的速率。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable valley currents, non-local resistances and valley accumulation in bilayer graphene nanostructures
利用线性响应区的输运理论Büttiker-Landauer公式，计算了反转对称性破缺的双层石墨烯纳米结构的谷电流和非局域电阻.结果表明，当费米能处于狄拉克点附近时，双层石墨烯纳米结构中的反转对称性破缺导致非局域四端电阻显著增强，谷电流比传统电流强数倍.研究了在费米能量为零时，局域电阻和非局域电阻随栅电压变化的比例关系，发现满足幂律。研究了四端双层石墨烯纳米结构中存在反转对称破缺时的谷速度场和谷积累。谷速度和非局部电阻被发现与所施加的栅极电压不同的规模。单位细胞平均谷积累被发现表现出一个偶极的空间分布一致的积累所产生的谷电流。我们定义并计算{ \em谷电容}，其表征谷累积响应于施加到纳米结构的接触的电压。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall
Valley-Free Silicon Fins Caused by Shear Strain
本文提出利用大剪切应变的CMOS兼容硅鳍场效应晶体管设计，完全消除谷自由度，将非计算态能隙提高一个数量级以上，为硅基大规模量子处理器提供新思路。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall
Engineered valley-orbit splittings in quantum confined nanostructures in silicon
在硅量子电子学中，在少电子状态下的一个重要挑战是由于硅中存在的导带的多谷简并，在3D量子限制纳米结构中的基态和激发轨道态之间的潜在小的能隙。理解“谷轨道”（VO）间隙对于硅量子比特是必不可少的，因为大的VO间隙可以防止量子比特状态泄漏到更高维的希尔伯特空间中。VO间隙根据量子限制而显著变化，并且可以通过外部电场来设计。在这项工作中，我们调查VO分裂实验和理论上的限制制度的范围。本文报道了用激发态输运谱测量硅量子点和施主器件中VO的分裂。这些结果是由大规模的原子紧束缚计算，涉及超过100万个原子计算VO分裂作为电场，施主深度和表面无序的函数的基础。这些结果提供了一个全面的图片的VO分裂，可以通过量子工程实现的范围。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall
Valley interference and spin exchange at the atomic scale in silicon
隧穿是一个基本的量子过程，没有经典的等价物，它可以与库仑相互作用竞争，产生复杂的现象。硅中的磷掺杂剂可以以原子精度放置，以解决这种竞争产生的不同机制。然而，他们利用依赖于晶体带对称性的波函数，隧道相互作用本质上是敏感的。在这里，我们直接使用扫描隧道显微镜图像的晶格非周期性谷硅原子之间的耦合干涉。我们的原子分析揭示了包络各向异性，谷干扰和掺杂剂的位置上的海森堡自旋交换相互作用的作用。我们发现，交换可以成为免疫谷干扰工程面内掺杂剂沿特定的结晶方向放置。一个类似真空的行为被恢复，其中的交换是最大化的施主轨道之间的重叠，和对对的变化限制到一个因素小于10，考虑到掺杂剂定位的准确性。这种鲁棒性保持在很大的距离范围内，从高保真量子计算相关的强库仑相互作用机制到硅中量子模拟感兴趣的强耦合施主阵列。
2021-05-23 cond-mat.mes-hall
Tunable valley filtering in dynamically strained $α$-$\mathcal{T}_3$ lattices
$α$ - $\mathcal{T}_3$晶格中的机械变形对于不同的谷诱导相反方向的局部赝磁场。当这种应变配备有动态驱动器时，它会产生互补的谷非对称赝电场，预计会加速电子。我们建议，通过将这些效应与时间相关的非均匀应变相结合，可以设计出超越静态能力的可调谷值过滤装置。我们证明了这一点，通过实施一个振荡的高斯凸点为中心的四端霍尔酒吧$α$ - $\mathcal{T}_3$设置和计算诱导的伪电磁场解析。在递归Floquet格林函数方案，我们确定的时间平均传输和谷极化，以及局域态密度和电流密度的空间分布。由于周期性的驱动，我们检测到新的能源制度与高度谷偏振传输，这取决于$α$。通过分析时均局域态密度和电流密度的空间分布，我们可以将这些区域与装置中的赝电磁场联系起来，通过驱动频率，我们可以操纵谷极化态，这可能有利于未来的器件应用。
2022-12-06 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable valley polarization in Weyl semimetals with tilted energy dispersion
National University of Singapore（新加坡国立大学）；National Taiwan University（台湾大学）；Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）
本研究探究倾斜色散外尔半金属p-n-p结的隧穿输运，发现横截方向倾斜色散会引发不同谷电子的反向手性折射，结合磁势垒选角实现电可控可切换的谷极化，为相关实验与谷电子学等应用铺路。
2018-02-09 cond-mat.mes-hall
Electric-field tuning of the valley splitting in silicon corner dots
我们对奈米线场效电晶体中的矽角点进行激发态光谱分析，以评估谷分裂的电场可调性。首先，我们展示了一个单量子点和一个双量子点之间的背栅控制的过渡并联，允许调整设备中的角点形成。我们发现谷分裂对背栅电压的线性依赖性，从$880~μ\text{eV}$到$610~μ\text{eV}$，斜率为$-45\pm 3~μ\text{eV/V}$（或等效地，相对于有效场的斜率为$-48\pm 3~μ\text{eV/(MV/m)}$）。紧束缚模拟，包括表面粗糙度的影响，远程电荷在栅极堆叠和离散掺杂剂在沟道中的实验结果的支持。我们的研究结果展示了一种电调谐基于绝缘体上硅的量子点中的谷分裂的方法，这是实现硅自旋量子比特的全电操纵的要求。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall
Valley blockade quantum switching in Silicon nanostructures
类比库仑和泡利自旋阻塞，分别基于静电排斥和泡利不相容原理，探讨了硅纳米结构中谷阻塞的概念。定义了谷宇称算子。量子输运过程中谷组分本征矢的宇称守恒决定了谷阻塞。提出了一种基于三个施主量子点的硅量子转换开关，其能够凭借谷宇称守恒分离具有相反谷宇称的电子。量子转换开关是一种新型的基于量子混合的经典逻辑器件。
2012-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable and giant valley-selective Hall effect in gapped bilayer graphene
贝里曲率类似于磁场，但在动量空间中，并且通常存在于具有非平凡量子几何的材料中。它赋予布洛赫电子横向反常速度，即使在没有磁场的情况下也能产生类霍尔电流。我们报道了原位可调谐的谷选择性霍尔效应（VSHE）的直接观测，其中反转对称性，从而电子的几何相位，是由一个面外电场控制。我们使用高品质的双层石墨烯与固有的和可调的带隙，照射圆偏振的中红外线，并确认所观察到的霍尔电压产生的光诱导谷人口。与二硫化钼相比，我们发现的数量级更大的VSHE，由于带隙的Berry曲率的逆缩放。通过对谷选择性霍尔电导的监测，研究了带隙对Berry曲率的影响。这种VSHE的原位操作为拓扑和量子几何光电器件铺平了道路，例如更鲁棒的开关和检测器。
2022-04-20 cond-mat.mes-hall
Non-adiabatic quantum control of valley states in silicon
非绝热量子效应，经常在实验上观察到半导体纳米器件，如单电子泵工作在高频率，可能会导致不希望的和不可控的行为。然而，当与硅固有的谷自由度结合时，这些不利的影响可以用于量子信息处理方案。利用薛定谔方程的显式时间演化，数值研究了SiGe/Si异质结构中量子点中电子两个最低谷态之间的非绝热跃迁.当量子点的中心变化时，在顶部SiGe/Si界面处存在单个原子层台阶在电子光谱中打开了反交叉。我们表明，一个电场施加垂直的接口允许调谐的反交叉能隙。结果，通过使电子移动通过该反交叉，并且通过电改变能隙，可以电控制两个最低谷态的概率。
2021-11-22 cond-mat.mes-hall
Highly tunable valley polarization of potential-trapped moiré excitons in WSe2/WS2 heterojunctions
本文揭示了WSe2/WS2异质结中摩尔激子谷极化高度可调的机制源于摩尔超晶格填充，并定量确定了长程电子-空穴交换相互作用是低布居数下谷间散射的主要来源。
2025-03-08 cond-mat.mes-hall
Multi-valley envelope function equations and effective potentials for P impurity in silicon
本文提出了一个不含拟合参数的实空间包络函数方程组，用于模拟硅中磷施主原子的电子光谱和波函数。该方法依赖于伯特-福尔曼包络函数表示，并导致耦合有效质量薛定谔方程包含光滑的有效势。这些电位是由施加在包络函数表示中的精确势能矩阵元素上的空间滤波产生的。根据包络函数的定义确定相应的滤波器函数。由此产生的有效势和包络函数系统共同再现谷轨道耦合效应在掺杂硅。不仅包括1 s原子轨道的谷轨道耦合，而且还包括2s原子轨道的谷轨道耦合，以及静态介电屏蔽被发现对准确再现实验数据至关重要。结合能的最大相对误差为1.53%。计算的波函数与扫描隧道显微镜提供的电子密度的实验测量值吻合得很好。
2016-11-17 cond-mat.mes-hall
Valley splitting in strained silicon quantum wells
基于定域轨道方法，提出了一种描述硅量子阱中谷分裂现象的理论。该理论适用于低电子密度的限制，并与所提出的量子计算架构相关。谷分裂计算的现实设备使用定量纳电子建模工具NEMO。一个简单的，解析可解的紧束缚模型的发展，它产生了许多物理见解，它再现了分裂的NEMO结果的行为。分裂一般是非零的，即使在电场的情况下，与以前的作品。方阱中的分裂作为量子阱中的层数S的函数振荡，其周期由布里渊区中的谷最小值的位置确定。分裂的包络衰减为$S^3$。最后讨论了在现代Si/SiGe异质结构中实验观察这种振荡的可行性。
2003-09-29 cond-mat.mes-hall
Tunable Berry curvature, valley and spin Hall effect in Bilayer MoS$_2$
电子布洛赫带的手征性是层状二维材料许多有趣性质的原因。我们发现，在过渡金属二硫属化物（TMDC）的双层，不像在几层石墨烯和单层TMDC，层内和层间的耦合提供了重要的贡献的贝里曲率的$K$和$-K$谷的布里渊区。层间的贡献导致的Berry曲率的堆叠依赖性，我们指出常用的3R型和2H型双层膜之间的差异。由于层间的贡献，Berry曲率在双栅极器件中变得高度可调。我们研究了谷霍尔效应和自旋霍尔效应与堆叠类型和外电场的关系。虽然谷和自旋霍尔电导率没有量子化，在MoS $_2$ 2H双层，他们可能会改变符号作为外部电场的函数，这是让人想起的晶格陈氏绝缘体的行为。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall
Twist-Tunable Spin-to-Charge Conversion and Valley-Contrasting Effects in Graphene/TMDC Heterostructures
本文研究了石墨烯/过渡金属二硫化物异质结中扭转角对自旋轨道效应、自旋霍尔效应及谷霍尔效应的影响，并证明谷霍尔电导率可达量子化值±2e²/h。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall
Electrically driven electron spin resonance mediated by spin-valley-orbit coupling in a silicon quantum dot
利用电压依赖性电场操纵电子自旋的能力是量子自旋电子器件（诸如基于自旋的半导体量子比特）的操作的关键。电自旋控制的一种自然方法是利用所有材料中固有的自旋轨道耦合（SOC）。到目前为止，这种方法还不能应用到硅中的电子，由于其非常弱的SOC。在这里，我们报告了一个实验实现的电驱动的电子自旋共振在绝缘体上硅（SOI）纳米线量子点设备。底层驱动机制的结果从SOC和硅导带的多谷结构，这是增强在调查的纳米线几何形状之间的相互作用。我们提出了一个简单的模型捕捉基本的物理和使用紧束缚模拟更定量的分析。我们讨论了我们的研究结果的相关性，在硅中的紧凑和可扩展的电子自旋量子比特的发展。
2018-02-07 cond-mat.mes-hall
Spectroscopy of Valley Splitting in a Silicon/Silicon-Germanium Two-Dimensional Electron Gas
应变硅量子阱中导电谷的二重简并度的提升对于自旋量子计算是至关重要的。在这里，我们得到了一个准确的测量分裂的谷态在低场区域的兴趣，使用微波光谱技术的电子谷共振（EVR）。我们比较我们的结果与传统的方法，观察线性磁场依赖的谷分裂，和一个强大的低场抑制，符合最近的理论。共振线宽在$T\simeq 300$ mK以上有明显的增强。
2006-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Inter-Valley Gap Anomaly of Two Dimensional electrons in Silicon
本文系统地研究了高质量Si二维电子系统中奇整数量子霍尔态$ν=3$和δ在倾斜磁场下的能隙。在符合区之外，谷分裂与面内B场无关。然而，在重合的任一侧，$ν=3$谷隙相差约3倍（$Δ_v\sim$ 0.4K对1.2K）。更令人惊讶的是，当接近重合角时，$ν=3$和δ处的能隙不是减小到零，而是迅速上升。我们认为这种反常现象与近简并朗道能级的强耦合有关。
2005-10-21 cond-mat.mes-hall
Valley polarization of exciton-polaritons in monolayer WSe2 in a tunable microcavity
过渡金属双硫族化合物单层膜具有很强的激子共振，是研究光-物质相互作用的一个非常有趣和通用的平台。在这项工作中，我们报告了一个强耦合制度的激子在单层WSe 2和光子限制在一个开放的，电压可调的电介质微腔。我们的系统的可调谐性，使我们能够扩展激子极化激元状态在很宽的能量范围内，特别是，使激子组件的较低的极化激元模式到共振与其他激子在单层WSe 2过渡。通过选择性激发自旋极化激子-极化激元，我们证明了当下支极化激元与单层WSe_2中的亮trion态共振时的谷极化和当它们与暗trion态共振时的谷去极化.
2018-09-25 cond-mat.mes-hall
Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene
本文研究了全介质硅光子石墨烯的谷自由度。从非零谷陈数的观点重新讨论了反转对称性破缺下的光子带隙开放物理。通过观察时变电场，揭示了具有相反轨道角动量的体谷模。光子狄拉克哈密顿量很好地说明了拓扑跃迁。研究了Z形弯曲波导的谷相关边缘态和谷保护后向散射抑制。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable Valley Splitting due to Topological Orbital Magnetic Moment in Bilayer Graphene Quantum Point Contacts
在多通道半导体中，谷自由度可以潜在地用于存储、操纵和读取量子信息，但其控制仍然具有挑战性。双层石墨烯中的谷可以通过由谷g因子耦合的垂直磁场来寻址。然而，对谷g因子的控制尚未得到证实。我们通过实验确定了在双层石墨烯中通过合适的栅极几何形状实现的量子点接触的能谱。使用有限偏置光谱，我们测量的横向限制以及塞曼分裂所产生的能量尺度，并找到一个自旋g因子为2。使用垂直电场，谷值g因子可以通过因子3调谐，达到40和120之间的值。通过考虑拓扑磁矩及其对约束和垂直位移场的依赖性的计算，定量地解释了这一结果。
2020-03-05 cond-mat.mes-hall
Tunable Acoustic Valley-Hall Edge States in Reconfigurable Phononic Elastic Waveguides
本研究探讨二维声子弹性波导中由于量子谷霍尔效应的声学模拟现象而产生的声学拓扑边缘态。我们表明，拓扑转变发生在两个晶格之间的空间反演对称性破缺，由于可调应变场的应用。这种条件导致在畴壁处形成无间隙的边缘状态，如通过分析批量边缘对应关系和相关的拓扑不变量进一步说明的。虽然时间反演对称性在这些系统中仍然是完整的，当谷间混合是弱的或可以忽略不计的边缘状态的拓扑保护。有趣的是，拓扑边缘状态也可以触发在一个单一的域的边界，如果边界条件被适当地选择。我们还表明，静态调制的应变场允许调谐不同的支持边缘状态之间的材料的响应。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall
Strain-Tunable Harmonic Responses in Valley-Polarized Bilayer Graphene
Department of Theoretical and Nanophysics, Faculty of Physics, Alzahra University（阿尔扎拉大学物理学院理论与纳米物理系）
研究单轴应变下谷极化双层石墨烯的线性和二阶非线性光学响应，发现应变可调控二次谐波产生，实现机械控制开关。
2026-07-01 cond-mat.mes-hall
Tunable valley splitting and bipolar operation in graphene quantum dots
石墨烯中的量子态是四重简并的：两重自旋，两重谷，这两个自由度都可以用于量子比特的制备。在我们的双层石墨烯量子点中，我们证明了谷g因子gv，类似地定义为在垂直磁场中谷分裂的自旋g因子gsforvalley splitting，是可调的，从20到90的因子超过4。我们发现，较大的gv的结果从较大的电子点的尺寸，由充电能量决定。这种控制是通过调整电压，只有两个栅极，这也允许调整的点-铅隧道耦合。在我们的多功能器件上，可以进行双极操作，用与引线极性相同或相反的载流子对量子点进行充电。两种极性的点通过柱塞门的作用可调谐到第一载流子，使得可以观察到从电子到空穴点的转变。通过增加更多的门，该系统可以很容易地扩展到主机双点。
2020-09-09 cond-mat.mes-hall
Valley filtering and spatial maps of coupling between silicon donors and quantum dots
交换耦合是基于自旋的量子技术的关键成分，因为它可以用来纠缠自旋量子比特并创建逻辑自旋量子比特。然而，硅中的电子谷自由度对交换相互作用的影响是目前重要的开放问题的主题。在这里，我们调查的影响交换谷在耦合施主/量子点系统，最近提出的方案的鲁棒量子信息处理的基本组成部分。利用扫描隧道显微镜针尖对量子点进行亚纳米级的精确定位，我们发现了一种近似单调的交换特性，其中与谷自由度相关的晶格非周期调制占交换的比例小于2~ 1%。由此，我们得出结论，保留施主的$\pm x$和$\pm y$谷指数的谷内隧穿过程被过滤出与$\pm z$谷量子点的相互作用，并且其中电子谷指数变化的$\pm x$和$\pm y$谷间过程是弱的。通过紧束缚计算交换与供体深度的补充，证明静电可调谐的供体/量子点交换可以用来补偿剩余的intravalley $\pm z$振荡，以实现均匀的相互作用，在一个阵列中的高度相干的供体自旋。
2018-09-01 cond-mat.mes-hall
Electric-field-tunable topological phases in valley-polarized quantum anomalous Hall systems with inequivalent exchange fields
以Kane-Mele单层为模型，研究了不等效交换场、Rashba效应与外电场对谷极化量子反常霍尔系统拓扑相的调控作用，证明了其拓扑态可连续调谐，为拓扑谷电子学器件提供了理想平台。
2024-08-21 cond-mat.mes-hall
Pauli Blockade of Tunable Two-Electron Spin and Valley States in Graphene Quantum Dots
泡利阻塞机制--即使在能量允许的情况下，由于选择规则，载流子通过量子点的传输也会被阻塞--是泡利不相容原理的直接体现，也是操纵和读出自旋量子比特的关键机制。泡利自旋阻塞对于诸如GaAs QD的系统是良好建立的，但是对于具有额外自由度的系统（诸如碳基材料或硅中的谷量子数）有待进一步探索。在这里，我们报告了耦合双层石墨烯双量子点的实验，其中自旋和谷态得到精确控制，从而能够观察到双电子组合封锁物理。我们证明了两个不同的基态与栅极和磁场调谐之间的双重占用单点开关，允许切换的选择规则：与自旋三重态-谷单基态，谷封锁观察到的自旋单谷三重态基态，强大的自旋封锁。
2022-02-10 cond-mat.mes-hall
Tunable three-way valley Hall energy-splitter: venturing beyond graphene-like structures
战略性地组合四个结构域创建了有史以来第一个三向拓扑能量分配器;值得注意的是，这只可能使用正方形或矩形晶格，而不是谷电子中更常用的石墨烯类结构。为了达到这种效果，所有完全对称的正方形结构中存在的两个镜像对称性被打破;这导致两个不明显的界面，谷-霍尔态驻留在这两个界面上。这些界面通过时间反演算子相互关联，正是这种微妙之处使我们能够点燃第三条引出线。我们的结构化介质的几何构造允许三路分离器在急弯附近被示意性地转换成波转向器。由于能量方向性的几何可调性，我们的研究结果具有深远的影响，如分束器，开关和滤波器在波动物理的应用。
2019-09-25 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall valley splitters and tunable Mach-Zehnder interferometer in graphene
石墨烯是电子量子光学领域非常有前途的实验平台。然而，一个完全可调谐和相干的电子分束器仍然缺失。我们报告了石墨烯中的电子分束器的演示，该电子分束器耦合具有相反谷偏振的量子霍尔边缘通道。我们的分束器的电子透射率可以从零调整到接近1。通过独立地将石墨烯PN结的两个角处的分束器设置为中间传输，我们实现了完全可调谐的电子马赫-曾德尔干涉仪。这种可调谐性使我们能够明确地识别由于马赫-曾德尔干涉仪的量子干涉，并研究它们与分束器传输和干涉仪偏置电压的依赖关系。与传统半导体干涉仪的比较指向了在这两个不同的2D系统中驱动量子退相干的通用过程，其中石墨烯对它们的影响更加鲁棒。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall
Probing the Spatial Variation of the Inter-Valley Tunnel Coupling in a Silicon Triple Quantum Dot
限制在硅量子点中的电子表现出轨道、自旋和谷自由度。谷自由度源于硅的体能带结构，其具有六个简并电子极小值。由于应变和电子限制，硅量子阱中的简并可以被提升，但是已知两个最低谷的“谷分裂”对原子尺度的无序是敏感的。大的谷分裂对于具有良好定义的自旋量子位是期望的。此外，理解耦合相邻量子点中的不同谷的谷间隧道耦合是极其重要的，因为能级图中的所得间隙可能影响硅量子点阵列中的电荷和自旋转移协议的保真度。在这里，我们使用微波光谱探测谷分裂的空间变化，以及谷内和谷间隧道耦合（$t_{ij}$和$t'_{ij}$），耦合点$i$和$j$在三重量子点（TQD）。我们发现谷间隧道耦合$t_{12}'/t_{12}=0.90$和$t_{23}'/t_{23}=0.56$的比率在很大的空间变化。通过调整点间隧道势垒，我们还表明，$t'_{ij}$比例线性与$t_{ij}$，从理论上预期。结果表明，不同的谷态之间的强相互作用相邻的点，我们归因于在硅量子阱的局部不均匀性。
2021-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Giant and tunable valley degeneracy splitting in MoTe2
过渡金属双硫族化合物单层膜的能带结构中存在一对简并螺旋谷，表现出迷人的光谷极化。然而，光谷偏振受限于这些材料的载流子寿命。因此，提升谷简并度是实现谷极化的有吸引力的途径。利用外加磁场实现明显的谷简并分裂是非常具有挑战性的。我们提出了一个策略，创造巨大的分裂谷简并邻近诱导塞曼效应。作为示范，我们的第一性原理计算的单层MoTe $_2$的EuO衬底上显示，谷分裂超过300 meV可以产生。邻近耦合也使带间跃迁能量谷依赖，使谷选择光频率调谐除了圆偏振。异质结构中的谷分裂也可以通过旋转衬底磁化连续调谐。巨大的和可调的谷分裂增加了一个容易访问的维谷自旋物理与丰富和有趣的实验结果，并提供了一个实用的途径，探索基于电子的固有自由度的设备范例。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Kondo effect in a single donor atom
在单原子中观察到了近藤效应。该测量装置由一个单一的作为掺杂剂纳入硅纳米结构。掺杂剂的原子轨道可由栅极电场调节。当它们被调谐，使原子系统的基态成为两个硅谷的（近）简并叠加时，一种奇异的、迄今未观察到的谷近藤效应出现了。与规则自旋Kondo一起，可调谐的谷近藤效应允许可逆的电控制从SU（2）-到SU（4）-配置的Kondo基态的对称性。
2009-09-30 cond-mat.mes-hall
Valley Degeneracies in (111) Silicon Quantum Wells
(111)硅量子阱已被广泛研究，但没有令人信服的解释存在的实验观察到的6倍谷简并打破为2和4倍简并。在这里，系统的sp3d5s* 紧束缚和有效质量的计算表明，一个典型的错切调制的能级，导致打破6倍谷简并成2个较低和4个提高谷。基于有效质量的谷投影模型用于确定大超原胞紧束缚计算中谷极小值的方向。紧束缚的计算与实验相比，有效质量的计算更好地符合。
2008-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of g-factors and valleys on spin qubits in a silicon double quantum dot
在硅MOS双量子点系统中定义了单电子自旋量子比特。通过将量子位共振频率映射为门诱导电场的函数，光谱揭示了与谷间自旋轨道耦合一致的反交叉。我们拟合的数据，从中我们提取的谷间耦合强度为43 MHz。此外，我们观察到一个狭窄的共振附近的主要量子位共振时，我们操作的设备在（1，1）电荷配置。实验数据与涉及两个弱交换耦合自旋的模拟一致，g因子差为1 MHz，与Rabi频率相同。我们得出结论，窄共振是T-和T+三重态之间的驱动跃迁的结果，使用ESR信号的频率位于两个单独的自旋的共振频率之间的一半。这里提出的研究结果提供了一种实现双量子比特门的替代方法，与更大规模自旋量子比特系统的操作相关。
2017-02-26 cond-mat.mes-hall
Spin-Valley Qubit Dynamics In Exchange Coupled Silicon Quantum Dots
谷态的存在是在硅量子点中实现量子信息技术的一个重大障碍，因为泄漏到交替的谷态中会将误差引入计算。我们用微扰分析方法研究了具有谷自由度的交换耦合量子点的动力学。我们发现，如果谷分裂是大的，电子没有被适当地初始化到谷本征态，那么系统的时间演化将导致自旋谷纠缠。如果谷分裂很小，电子没有初始化到相同的谷态，也会发生自旋谷纠缠。此外，我们还发现，对于小的谷分裂，自旋谷纠缠不影响两个量子比特系统的测量概率;然而，具有更多量子比特的系统将受到影响。这意味着在双量子比特系统中测量的双量子比特门的量子数可能会错过谷自由度的影响。我们的工作表明，即使在系统温度很低的情况下，谷的存在也可能对多量子比特的量子性产生不利影响。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuously Tunable Berry Phase and Valley-Polarized Energy Spectra in Bilayer Graphene Quantum Dots
Berry相位在决定量子系统的许多物理性质中起着重要的作用。然而，量子系统的Berry相变能谱是比较罕见的。在这里，我们报告了一个不寻常的可调谷极化的能量谱连续可调贝里相伯纳尔堆叠的双层石墨烯量子点。在我们的实验中，电子轨道态的Berry相位被垂直的磁场从π到2 π连续地调谐。当Berry相位等于π或2 π时，两个不等价谷中的电子态是能量简并的。通过改变Berry相位为π的非整数倍，在我们的实验中检测到大的和连续可调谐的谷偏振能谱。所观察到的Berry相位诱导的谷分裂，在1 T的磁场下约为10 meV，比自旋的塞曼分裂大约100倍，从而揭示了基于石墨烯的谷电子学。
2021-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
