Cross-talk compensation of hyperfine control in donor qubit architectures
我们从理论上研究了施主-量子比特量子计算机体系结构的超精细门控制中的串扰问题，特别是Kane方案。通过数值求解门控施主系统的泊松方程和薛定谔方程，我们计算了当门-施主距离变化时，施主核-电子自旋系统的超精细耦合的变化以及自旋-转动误差。因此，我们确定了串扰的影响-对非目标相邻量子位的无意影响-这是由于控制门（20 - 30 nm）的接近而发生的。补偿协议的使用进行了研究，从而限制了串扰的程度的补偿偏置的应用程序的一系列的门。根据这些因素的建筑影响，然后考虑。
2006-05-03 cond-mat.mes-hall
Donor hyperfine Stark shift and the role of central-cell corrections in tight-binding theory
用原子紧束缚（TB）方法模拟计算了硅中单个砷（As）施主超精细耦合的斯塔克位移。中心单元校正的作用进行了研究，通过实施静态和非静态介电屏蔽的施主电位，并通过包括晶格应变接近施主位点的效果。施体电势的介电屏蔽将二次斯塔克位移参数（$η_2$）的值从静态介电屏蔽的-1.3 $\times$ 10 $^{-3} μ$ m $^2$ /V $^2$调谐到非静态介电屏蔽的-1.72 $\times$ 10 $^{-3} μ$ m $^2$ /V $^2$。晶格应变的影响，通过在As-Si最近邻键长中3.2%的变化实现，进一步将$η_2$的值移动到-1.87 $\times$ 10 $^{-3} μ$ m $^2$ /V $^2$，导致理论与实验测量值-1.9 $\pm$ 0.2 $\times$ 10 $^{-3} μ$ m $^2$ /V $^2$的极好的一致性。基于我们的计算与实验的直接比较，我们得出的结论是，以前忽略的非静态介电屏蔽的施主电位和晶格应变显着影响施主波函数电荷密度，从而导致更好的协议与现有的实验数据集。
2014-10-08 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Stark shift and field ionization of arsenic donors in $^{28}$Si-SOI structures
我们开发了一种用于低温下工作的绝缘体上硅（SOI）器件的高效背栅，并利用这种结构测量了同位素纯化的$^{28}$ Si-SOI层中砷施主的二次超精细斯塔克位移参数。使用MeV离子注入通过SOI层实现背栅，从而在处理晶片中形成金属电极，使得能够在SOI层上施加高达$\sim$ 2 V/ $μ$ m的大且均匀的电场。利用这种结构，我们测量了镶嵌在$^{28}$ Si SOI层中的砷施主的Stark位移参数，得到了接触超精细Stark参数为$η_a=-1.9\pm0.2\times10^{-3} μ$ m $^2$ /V $^2$ .我们还展示了电场驱动的掺杂剂电离的SOI器件层，测量电子自旋共振。
2014-01-27 cond-mat.mes-hall
Strain and Electric Field Control of Hyperfine Interactions for Donor Spin Qubits in Silicon
超精细相互作用的控制是基于硅中浅施主的量子计算架构方案的基本要求。然而，目前，缺乏一个原子的方法，包括关键的影响，中央电池的校正和非静态筛选的施主电位能够描述的超精细相互作用的应变和电场在现实尺寸的设备中的存在。我们建立并应用了一个基于原子紧束缚理论的理论框架，定量地确定了应变和电场依赖的施主超精细耦合。我们的方法可扩展到数百万个原子，但捕获的应变效应与DFT方法的精度水平。与现有实验数据集的良好一致性允许基于量子位的仅应变以及混合（应变+场）控制的多量子位架构的设计空间的可靠调查。应变的益处通过证明基于（001）压缩应变和面内（100或010）场的量子位的混合控制导致对于所考虑的所有四种供体物质（P、As、Sb和Bi）的更高的栅极结晶度和/或更快的栅极操作来揭示。在紧张的环境中不同的供体物种之间的比较进一步突出了超精细位移的趋势，提供预测，没有实验数据存在。虽然更快的门操作是可实现的P，As和Sb捐助者的平面内的字段，只有对于Bi捐助者，我们的计算预测更快的门响应在平面内和平面外的字段的存在下，真正受益于所提出的平面场控制机制的超精细相互作用。
2015-04-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.comp-ph
Large Stark Effect for Li Donor Spins in Si
研究了硅中静态电场对锂施主自旋的影响。有效质量的各向异性导致二次斯塔克磁化率的各向异性，我们使用Dalgarno-Lewis精确求和方法确定。该理论在低于Li施主电离阈值的场域中是渐近精确的，与斯塔克调谐电子自旋共振实验有关。为了得到任意场的广义Stark极化率，我们提出了一种新的变分波函数，它在低场极限下再现了精确结果。有了计算出的磁化率，我们能够预测和分析几个重要的物理效应。首先，我们观察到，能级的位移，由于二次斯塔克效应的Li施主在Si中是等价的，并可以映射到，由外部应力产生的。其次，我们证明了斯塔克效应的各向异性，结合独特的谷轨道分裂的Li施主在Si中，自旋轨道相互作用和特别调谐的外部应力，可能会导致一个非常强的调制施主自旋$g$ -因子的电场。第三，我们研究了随机应变对$g$因子位移的影响，并量化了实验观察$g$因子斯塔克位移所需的随机应变限制和对Si材料纯度的要求。最后，我们讨论了我们的结果可能的影响，量子信息处理与Li自旋量子比特在Si中。
2012-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Stark tuning of the charge states of a two-donor molecule in silicon
采用紧束缚方法研究了硅中磷施主电荷量子比特的栅极控制。P2+的激发分子状态被发现施加限制上允许的供体分离和操作栅极电压。分析了表面（S）栅和势垒（B）栅在不同电压下对整个器件量子受限态的影响。研究了界面电离、隧道耦合饱和、施主敏感性和栅位置对器件性能的影响。据发现，现实的栅极控制是平滑的任何施主分离，虽然在某些施主取向的S和B门可能会得到切换功能。本文概述和分析了各种问题，在实际控制中的重要性，这样的供体分子系统。
2009-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital Stark effect and quantum confinement transition of donors in silicon
半导体中单个杂质束缚电子到门诱导表面态的绝热穿梭最近引起了很多关注，主要是在固态量子计算机架构的背景下。最近的一项输运光谱实验首次能够探测埋在栅极附近的硅中单个施主的斯塔克位移光谱。在这里，我们提出了完整的理论模型，涉及大规模的量子力学模拟，用于计算斯塔克移动施主态，以解释实验数据。在超过一百万个原子的域上使用原子紧束缚技术不仅有助于纳入主体的完整能带结构，而且还可以处理现实的器件几何形状和施主模型，并使用足够大的基组来捕获任何数量的施主态。该方法定量描述了当外加电场梯度增加时，施主电子从三维库仑束缚态到二维表面态的对称性跃迁。在中间场区，电子处于原子施主势态和表面的类量子点态的叠加态。除了确定电场和施主深度对电子结构的影响外，该模型还提供了根据其斯塔克签名区分磷和砷施主的基础。该方法还捕获了施主阱和界面阱中的谷轨道分裂，这是硅量子位的关键量。这项工作的结论是一个详细的分析的影响，筛选上的捐助者的频谱。
2009-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Host isotope mass effects on the hyperfine interaction of group-V donors in silicon
通过对同位素工程Si单晶的脉冲电子核双共振（ENDOR）谱研究，揭示了硅中V族施主的超精细相互作用受宿主同位素质量的影响.每个超精细分裂的P-31，As-75，Sb-121，Sb-123和Bi-209 ENDOR线进一步分裂成多个分量，其相对强度精确地匹配由于三种稳定同位素Si-28，Si-29和Si-30的随机占据而导致的四个最近邻位点中九种可能的平均Si质量的统计似然性。用P-31供体的进一步研究表明，分辨的ENDOR分量随体平均Si质量线性偏移。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hyperfine-assisted fast electric control of dopant nuclear spins in semiconductors
半导体中掺杂原子的核自旋由于其量子态的长寿命而成为量子比特的有希望的候选者。传统上，核自旋的相干控制是使用交流磁场完成的。以硅中的磷原子为例，我们从理论上证明了超精细相互作用可以提高磁控制的速度：施主上的电子放大了核自旋感受到的交流磁场。基于这一结果，我们表明，超精细相互作用也提供了一种手段，以控制核自旋有效地使用一个交流电场，在存在的内在或人工的自旋轨道相互作用。这种电控制方案在非均匀磁场存在下保持两个电子的混合点施主系统中特别有效和抗噪声。本文提出的机制可以作为构建基于核自旋的电子量子信息体系结构的基础。
2018-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-ideality of quantum operations with the electron spin of a 31P donor in a Si crystal due to interaction with a nuclear spin system
我们研究了硅晶体中的31 P施主电子自旋，用于量子计算的目的。与29 Si核自旋的不受控系统的相互作用明显影响电子自旋动力学。在29 Si核位置处的超精细场与外部磁场不共线。利用电子波函数的量子操作，即利用磁场脉冲或电子门，可以改变超精细场的取向，从而扰动核自旋系统。这种扰动使电子自旋量子比特在与核自旋扩散时间相比较短的时间尺度上偏离理想状态。对于H_ext=9 T，估计的错误率与量子纠错算法所需的阈值相当。在较高的外部磁场下，速率较低。
2003-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum non-demolition measurements of single donor spins in semiconductors
我们提出了一种利用场效应晶体管诱导二维电子气和电检测磁共振技术测量单施主电子自旋状态的方法。该方案是促进超精细耦合到供体核。我们分析了潜在的敏感性和大纲实验要求。我们的测量提供了电子编码量子比特状态的单次、投影和量子非破坏测量。
2009-01-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Loschmidt echo driven by hyperfine and electric-quadrupole interactions in nanoscale nuclear spin baths
核自旋池（NSB）动力学及其量子控制对于半导体环境中量子信息的存储和处理具有重要意义。在载流子自旋存在的情况下，主要是超精细相互作用控制高频NSB特性。在这里，我们首先研究了整体的相干性衰减和rephasings在超精细驱动的NSB通过所谓的Loschirtecho（LE）的时间和频谱行为。其依赖于NSB的大小，初始偏振，耦合不均匀性分别进行了研究，这导致一个简单的唯象表达式，可以容纳所有这些属性。与普遍强调自旋1/2不同，具有较大自旋量子数的NSB被同等地考虑。对于这种情况，另外考虑了核电四极相互作用的影响，其中双轴项对退相干有影响。从模型系统中获得的见解，然后把使用两个通用的现实半导体系统，即，施主中心和量子点，代表小和大的纳米级NSB的例子，分别。大量子点的LE谱可以达到100~MHz范围，而对于施主中心，LE谱降低到几MHz，使得它们易于适用于动态解耦技术。四极相互作用对LE的影响对于大量子点来说可以忽略不计，而对于施主中心来说则变得很重要，最明显的是以去极化NSB的形式。
2018-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear magnetic resonance spectrum of 31P donors in silicon quantum computer
得到了硅量子计算机栅势产生的电场对超精细相互作用常数（HIC）的影响。计算了由于工艺误差引起的栅下施主原子位置误差。计算了不同HIC值下两施主原子相互作用的电子-核自旋系统的能谱。的存在下，两对反交叉水平的基态电子状态。找到了误差率可以大大降低的结构参数。
2000-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhanced hyperfine-induced spin dephasing in a magnetic-field gradient
磁场梯度对于半导体器件中自旋量子位的单点寻址能力和电偶极自旋共振是重要的。我们发现，这些优势是抵消了潜在的减少相干时间由于非均匀性的磁场所经历的核自旋浴与自旋量子位相互作用。我们从理论上研究了局限于量子点或单施主杂质的自旋，同时考虑了自由感应和自旋回波衰变。对于GaAs中的量子点，我们发现，在一个现实的设置，磁场梯度可以减少哈恩回波相干时间几乎一个数量级。然而，这个问题可以通过施加适度的外部磁场以进入运动平均状态来解决。对于硅中的量子点，我们预测从非马尔可夫到马尔可夫行为的交叉是这些设备所独有的。最后，对于非常小的系统，如硅中的单个磷供体，我们预测由于有限尺寸效应，常见的高斯近似会崩溃。
2014-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Hall Charge Sensor for Single-Donor Nuclear Spin Detection in Silicon
我们提出了一种新的光电混合方案来测量硅中的核自旋量子比特。通过将整数量子霍尔效应的环境不敏感性与硅中磷杂质的光学可区分的超精细态相结合，我们的系统可以同时提供核自旋测量和对环境缺陷的鲁棒性。同位素纯化的28Si中的31P施主自旋由于其极长的退相干时间而经常被讨论为非常有前途的量子存储量子比特，并且我们提出的器件为这样的量子存储系统提供了有效的实现。
2010-05-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence induced by anisotropic hyperfine interaction in Si spin qubits
我们研究了Si：P施主电子自旋退相干由于各向异性超精细（AHF）与周围的核自旋浴相互作用。特别是，我们澄清了电子自旋回波包络调制（ESEEM）在Si：P系统和共振的贡献，从核自旋在各种壳层远离P原子。我们提出了一种方法，以尽量减少AHF引起的退相干，通过避免共振和定向施加磁场沿方向，可以定期消除占主导地位的最近邻原子的贡献。我们显着的协议与实验表明，几乎完全理解的电子自旋退相干Si：P结合ESEEM，光谱扩散，瞬时扩散，自旋晶格弛豫。
2007-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electromagnetically Induced Transparency with an Ensemble of Donor-Bound Electron Spins in a Semiconductor
我们目前的电磁感应透明的测量与一个系综的施主束缚电子在低掺杂的n-GaAs。我们使用从塞曼分裂电子自旋态的光跃迁到光密度为0.3和1.0的样品中的束缚三振子态。电子自旋退相时间T* \approx 2 ns是有限的超精细耦合波动的核自旋。我们还观察到动态核极化的特征，但发现这些效应比使用电子自旋共振的实验和量子点的相关实验要弱得多。
2010-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent coupling between a quantum dot and a donor in silicon
硅芯片中的单个施主被用作具有极低错误率的量子比特。然而，物理实现仅限于一个供体，因为它们的原子大小导致制造挑战。相比之下，量子点量子位使用电栅极电压是高度可调节的。这种可调节性可以被利用来确定性地将供体耦合到量子位阵列中的量子点。在这项工作中，我们证明了$^{31}$ P施主电子与金属氧化物半导体量子点的电子的相干相互作用。我们形成一个逻辑量子比特编码的自旋单重态和三重态的双电子系统。我们证明了施主核自旋通过接触超精细相互作用驱动电子量子比特态之间的相干旋转。这为紧凑的双电子自旋量子比特提供了每一个关键元素，只需要一个点，不需要额外的磁场梯度，以及与核自旋量子比特相互作用的手段。
2017-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable Spin Qubit Architecture with Donor-Cluster Arrays in Silicon
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；International Quantum Academy（国际量子研究院）；Shenzhen Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室深圳分部）
该研究提出一种基于二维供体簇阵列的硅自旋量子位架构，通过共享束缚电子实现多供体地址化，利用可调交换相互作用实现局部全连接，并展示出高保真度的多量子位操作及量子纠错能力。
2026-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence properties of shallow donor qubits in ZnO
晶体中的缺陷是基于光子的量子技术的主要候选者，但开发实用设备的进展关键取决于改善缺陷光学和自旋特性。基于这种需要，我们研究了一种新的缺陷量子比特候选者，ZnO中的浅施主。我们展示了施主量子比特的电子自旋态的全光控制，并测量了自旋相干性。我们发现一个纵向弛豫时间T $_1$超过100毫秒，一个不均匀的退相时间T $_2^*$的$17\pm2$ ns，和一个哈恩自旋回波时间T $_2$的$50\pm13$ $μ$ s。T $_2^*$的大小与天然ZnO中核超精细场的不均匀性一致。限制T $_2$的可能机制包括瞬时扩散和核自旋扩散（光谱扩散）。这些结果与天然硅中的磷供体系统相当，表明通过同位素和化学纯化，可以在直接带隙半导体中获得供体自旋的长量子位相干时间。这项工作激励了进一步研究高纯度材料生长，量子器件制造和高保真控制的施主：ZnO系统的量子技术。
2018-05-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange coupling between silicon donors: the crucial role of the central cell and mass anisotropy
硅中的施主现在被证明是实现量子比特和量子信息处理的主要候选者之一。单量子位操作、测量和长相干时间已经牢固确立，但控制两个量子位相互作用的进展较慢。其中一个原因是，已经预测供体间交换耦合会随着分离而振荡，使得在器件设计中难以估计。本文提出了一个硅中施主对的多路有效质量理论，其中包括中心势和硅导带中固有的有效质量各向异性。我们能够准确地描述单施主性质的谷轨道耦合和施主波函数的空间范围，突出了拟合测量值的超精细耦合和轨道能量的$1s$水平的重要性。我们的框架很简单，可以灵活地应用于一系列实验场景，但它仍然能够提供快速可靠的预测。我们用它来估计两个施主电子之间的交换耦合，我们发现它的预期振荡的平滑，并预测如果两个施主精确地沿[100]方向间隔开的单调依赖于分离。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectral diffusion of phosphorus donors in silicon at high magnetic field
Dartmouth College（达特茅斯学院）；National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University（佛罗里达州立大学国家高磁场实验室）
研究高磁场下硅中磷施主电子与硅-29浴的谱扩散，发现其时间更短且各向异性增大，归因于超精细作用改变及波函数磁扰动，光激发可恢复低场时间。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrical control of donor-bound electron spin qubits in silicon
我们提出了一种方法来电控制电子自旋的施主为基础的量子位在硅。利用单施主量子点和双施主量子点之间的超精细耦合差异，通过在它们之间诱导电偶极子并施加由面内栅极产生的交变电场，可以驱动自旋旋转。这些量子位可以与由顶部失谐门控制的交换相互作用耦合。利用扫描隧道探针技术，可以在硅晶格中以原子级精度制造量子比特器件。我们结合了一个大规模的全带原子紧束缚建模方法与时间相关的有效哈密顿描述，提供了定量的指导方针的设计。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall
Optimal control of the silicon-based donor electron spin quantum computing
我们演示了如何梯度上升脉冲工程最优控制方法可以实现施主电子自旋量子位在硅半导体的架构互补的原始凯恩的建议。我们专注于高保真控制非（CNOT）门，并明确找到其数字化的控制序列，通过优化其保真度的超精细A和交换J相互作用的外部控制。这种高保真CNOT门的误差约为$10^{-6}$，低于容错量子计算所需的误差阈值，其100 ns的操作时间比所提出的全局控制方案的297 ns快约3倍。它也大大放宽了Kane提出的10~ 20 nm的两个相邻施主原子之间的距离限制，使其在30 nm左右，用现有的制造技术可以建立表面A和J门。讨论了控制电压波动、偶极-偶极相互作用和电子自旋退相干对CNOT门保真度的影响。
2009-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
NMR study of optically hyperpolarized phosphorus donor nuclei in silicon
我们使用上述带隙的光激发，通过1047 nm的激光，hyperembranch的$^{31}$ P自旋在低掺杂（N $_D =6\times10^{15}$ cm $^{-3}$）天然丰度硅在4.2 K和6.7 T，并感应检测所得的NMR信号。观察到的$30$ kHz光谱线宽显著大于从$^{28}$ Si富集硅晶体观察到的600 Hz线宽。我们发现，所观察到的增宽是一致的与以前的ENDOR结果显示离散的同位素质量效应贡献的捐助者超精细耦合。加宽的第二个来源可能是由于天然硅中不同同位素的随机分布引起的局部应变的变化。在天然丰度硅样品中观察到核自旋T $_1$和光诱导$^{31}$ P超极化的建立时间分别为$178\pm47$ s和$69\pm6$ s，显著短于先前在相同条件下在$^{28}$ Si富集样品中测量的值。我们还测量了9.4 T下天然丰度硅中$^{31}$ P信号的T $_1$和超极化建立时间，分别为$54\pm31$ s和$13\pm2$ s。在高场下较短的建立和核自旋T $_1$时间可能是由于较短的电子自旋T $_1$，其通过非长期超精细相互作用驱动核自旋弛豫。在6.7 T下，磷核自旋T $_{2}$在4.2 K下测量为$16.7\pm1.6$ ms，比$^{28}$ Si富集晶体短4倍。在红外激光存在下，观察到这进一步缩短至$1.9\pm0.4$ ms。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Knight shift and nuclear spin relaxation in Fe/n-GaAs heterostructures
利用横向自旋阀器件中电子自旋系统对核磁共振（NMR）的响应，研究了Fe/ \emph{n} -GaAs异质结构中动态极化的核自旋系统.超精细相互作用对施主束缚电子态的作用比对导带中的电子态的作用更强。我们提供了一个定量模型的温度依赖性的供体网站的占领。利用这个模型，我们计算了每个同位素的超精细和四极核弛豫率的比值。对于测量的所有温度，四极弛豫将核自旋极化的空间范围限制在供体位点的玻尔半径内，并且直接负责测量的NMR信号幅度的同位素依赖性。超精细相互作用也是导致核共振频率的$2\text{ kHz}$奈特位移的原因，该奈特位移被测量为电子自旋累积的函数。奈特位移提供了一个测量的电子自旋极化，同意定性与标准的自旋输运测量。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall
Single spin qubits based on phosphorus donors in silicon are a promising candidate for a large-scale quantum computer. Despite long coherence times, achieving uniform magnetic control remains a hurdle for scale-up due to challenges in high-frequency magnetic field control at the nanometre-scale. Here, we present a proposal for a flopping-mode electric dipole spin resonance qubit based on the combined electron and nuclear spin states of a double phosphorus donor quantum dot. The key advantage of utilising a donor-based system is that we can engineer the number of donor nuclei in each quantum do…
2021-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-qubit gates protected by adiabaticity and dynamical decoupling applicable to donor qubits in silicon
我们提出了一种生产多量子比特门的策略，保证高保真度，最小的调谐要求。我们的策略结合了绝热定理的间隙保护与动态解耦的互补方式。为了避免简并状态并最大化间隙保护的好处，该方案最适合当存在两种不同类型的量子位（不相互谐振）时。此外，我们需要控制空间中的鲁棒操作点，其中量子位相互作用对噪声几乎不敏感。这允许我们规避阻止块盒动态校正门的No-Go定理[Phys.Rev.A80，032314（2009）]。我们展示了如何将我们的策略应用到Si中的P供体架构中，我们假设我们可以在不同的供体之间穿梭电子。电子自旋充当移动辅助量子位，P核自旋充当长寿命数据量子位。该系统可以具有非常鲁棒的操作点，其中电子自旋在二次斯塔克位移机制中与供体结合。高保真度单量子位门可以使用良好建立的全局磁共振脉冲序列来执行。单电子自旋的制备和测量也得到了证实。把这一切放在一起，我们提出了一个强大的通用量子计算门集。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine-assisted decoherence of a phosphorus nuclear-spin qubit in silicon
硅中磷原子的核自旋已被用作各种量子信息实验中的量子比特。有人提出，这种核自旋量子比特可以有效地控制由一个交流电场，当嵌入在一个两个电子点施主设置受到本征或人工自旋轨道相互作用。将量子位暴露于该设置中的控制电场也将其暴露于电噪声。在这项工作中，我们描述了电噪声机制（例如声子和$1/f$电荷噪声）的影响，并估计了核自旋量子比特相应的退相干时间尺度。我们确定了一个有前途的参数范围内的电单量子比特操作至少快一个数量级，然后退相干。在这种情况下，由于$1/f$电荷噪声，退相干由退相主导。我们的研究结果有利于纳米结构的优化设计，以证明电驱动的核自旋共振。
2019-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Signature of the Overhauser field on the coherent spin dynamics of donor-bound electron in a single CdTe quantum well
利用时间分辨光学技术--光致法拉第旋转，研究了位于CdTe量子阱中施主上的电子在斜磁场中的相干自旋动力学.我们发现，这种动力学是由一个弱的奥弗豪泽场的影响，通过超精细相互作用的光学自旋极化的施主束缚电子与周围的核同位素携带非零自旋。我们已经测量了这个核场，它是在几个mT的数量级，可以达到9.4 mT的最大实验值。该值代表最大核极化的13%，并且也对应于最大电子极化的13%。
2007-12-04 cond-mat.mes-hall
Electrically detected magnetic resonance of neutral donors interacting with a two-dimensional electron gas
我们测量了硅场效应晶体管中沟道注入施主在X波段（$9.7\:$ GHz）和W波段（$94\:$ GHz）谐振微波腔中的电检测磁共振，相应的塞曼场分别为$0.35\:$ T和$3.36\:$ T。结果表明，从X波段到W波段，传导电子共振信号增强了两个数量级，而超精细分裂施主共振信号增强了一个数量级以上。我们排除了辐射热起源的共振信号，并发现，直接自旋相关的散射之间的二维电子气和中性施主是不一致的实验观察。我们提出了一个新的极化转移模型，从施主到导电电子作为主要贡献者的自旋共振信号观察。
2010-12-17 cond-mat.mes-hall
Silicon nanoelectronic devices can host single-qubit quantum logic operations with fidelity better than 99.9%. For the spins of an electron bound to a single donor atom, introduced in the silicon by ion implantation, the quantum information can be stored for nearly 1 second. However, manufacturing a scalable quantum processor with this method is considered challenging, because of the exponential sensitivity of the exchange interaction that mediates the coupling between the qubits. Here we demonstrate the conditional, coherent control of an electron spin qubit in an exchange-coupled pair of $^{…
2020-06-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-spin relaxation of P-dimers in Silicon
我们研究了硅中施主束缚电子的双电子单重态-三重态弛豫。电子与磷（P）核的超精细相互作用，结合电子-声子相互作用，导致三重态的弛豫。在Heitler-London和有效质量近似下，我们计算了外加磁场存在下的三重态弛豫率。这种弛豫机制影响当前P-二聚体的电子自旋共振（ESR）实验中的共振峰。此外，自旋衰变的估计时间尺度为在基于供体自旋的量子计算机（QC）中执行容错双量子比特操作所需的门脉冲设定了上限。
2010-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Imaging Strain and Electric Fields in NV Ensembles using Stark Shift Measurements
我们报告测量的光学检测的磁共振光谱系综带负电荷的氮空位（NV）中心的金刚石在应变和直流外部电场的存在下。当沿NV中心量子化轴的轴向磁场最小时，谱线的斯塔克位移更强。在77 μ T的轴向场处，在超精细水平之间避免交叉处，该移位也增强。由于金刚石中的固有应变也会引起斯塔克位移，因此我们能够计算晶体内应变的大小和方向。我们也使用斯塔克效应来映射图案化电极之间的金刚石体积中的电场。
2018-02-23 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
Broadband electrically detected magnetic resonance of phosphorus donors in a silicon field-effect transistor
我们报告电检测到的硅场效应晶体管中的磷施主的磁共振。片上传输线用于产生允许宽带操作的振荡磁场。在毫开尔文温度下，使用磁场和微波频率调制获得了高达40 GHz的连续波谱。光谱揭示了Si：P的超精细分裂电子自旋共振特性和显示二维电子气中自旋-自旋散射指纹的中心特征。
2008-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Improved placement precision of implanted donor spin qubits in silicon using molecule ions
本文提出用PF$_2^+$分子离子替代单原子进行确定性离子注入，以提高硅中P施主自旋量子比特的放置精度，并证明F在退火后远离有源区且量子比特相干性能保持优异。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear spin decoherence of neutral $^{31}$P donors in silicon: Effect of environmental $^{29}$Si nuclei
由$^{29}$ Si核自旋触发器引起的光谱扩散已知是硅中电子自旋退相干的主要来源，预计也会限制硅中中性施体核自旋的相干时间。在这里，测量作为$^{29}$ Si浓度的函数，使用X波段脉冲电子核双共振（ENDOR），这种机制对$^{31}$ P核自旋相干性的影响。$^{31}$ P核自旋回波衰变表明，退相干受$^{29}$ Si触发器控制，导致快速（指数）和慢速（非指数）谱扩散过程。衰减时间的范围从含有50% $^{29}$ Si的晶体中的100 ms到含有1% $^{29}$ Si的晶体中的3 s。中性供体的这些核自旋回波衰减时间比天然硅中电离供体的报道长几个数量级。中性施主的电子自旋通过抑制“冻结核”内的$^{29}$ Si触发器来“保护”施主核自旋，这是由于$^{29}$ Si自旋与电子自旋的超精细耦合引起的失谐。
2015-08-21 cond-mat.mes-hall
Bulk and sub-surface donor bound excitons in silicon under electric fields
采用Hartree近似下的大尺度原子轨道紧束缚方法计算了硅中三粒子施主束缚激子（D $^0$ X）的电子结构.计算产生的过渡能量接近实验测量值的1150毫电子伏的散装，并显示如何过渡能量和过渡概率可以改变所施加的领域和接近表面，模仿现实设备的条件。从中性施主态（D $^0$）到D $^0$ X的自旋分辨跃迁能取决于三粒子库仑能、界面和电场诱导的超精细分裂和重空穴-轻空穴分裂。虽然库仑能量由于斯塔克位移而降低，但场对电子和空穴波函数的空间分离也降低了跃迁偶极。体状的D $^0$ X在适度的电场下突然离解，而靠近界面的供体处的D $^0$ X经历逐渐电离过程。我们的计算考虑了硅的全能带结构和施主的全能谱，包括直接在原子轨道基础上的自旋，并自洽地处理三粒子库仑相互作用，为旨在实现寻址施主量子位的混合光电技术的实验提供定量指导。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall
Electron nuclear double resonance with donor-bound excitons in silicon
我们目前俄歇电子检测磁共振（AEDMR）实验磷捐助者在硅中，其中选择性的光学产生的捐助者结合激子用于电子自旋态的电检测。由于同位素纯化的$^{28}$ Si中电子自旋的长退相时间，弱微波场是足够的，这允许在商业ESR谐振器中实现宽带AEDMR。实施俄歇电子探测ENDOR，我们进一步证明了光学辅助控制的条件下，超精细分裂的核自旋的光谱中没有解决。与以前的研究相比，这大大放宽了对样品和实验装置的要求，例如在菌株，同位素纯度和温度方面。我们展示了具有天然同位素组成的硅中磷供体的AEDMR，并讨论了在该系统中进行ENDOR测量的可行性。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Stark Effect of Hybrid Charge Transfer States at Planar ZnO/Organic Interfaces
我们研究了金属氧化物受体ZnO和三个施主分子之间的平面异质结的混合电荷转移态发射的偏压依赖性。电致发光峰值能量随外加偏压线性增加，在高电场下达到饱和。通过控制光掺杂的有机层的厚度和故意改变的ZnO导电性的变化，使我们能够确认，这种偏置引起的光谱位移与内部电场在有机层，而不是在混合界面的状态填充。我们表明，现有的连续模型高估了空穴离域，并提出了一个简单的静电模型，其中的线性和二次斯塔克效应解释的静电相互作用的一个强极化的分子阳离子与其镜像。
2018-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Deterministic Single Ion Implantation with 99.87% Confidence for Scalable Donor-Qubit Arrays in Silicon
针对硅中可扩展施主量子比特阵列的需求，本文采用带电荷敏感电子学的片上电极实现99.87%置信度的单低能P$^+$离子注入，可与原子力显微镜集成解决离子定位问题，为大规模量子器件制造提供可行途径。
2020-09-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Strain-induced spin resonance shifts in silicon devices
在基于自旋的量子信息处理设备中，控制和检测电路的存在可以通过引入应变和电场来改变自旋的局部环境，从而改变其谐振频率。这些共振位移与固有自旋线宽相比可能很大，因此研究，理解和建模这些效应以便更好地预测器件性能非常重要。在这里，我们研究的样品铋施主自旋注入在硅片上，在其上的超导铝微谐振器已被制作。片上谐振器提供两个功能：第一，由于铝的较大热收缩，它在硅中产生局部应变，第二，它使靠近经历这种应变的表面的供体的灵敏电子自旋共振光谱成为可能。通过有限元应变模拟，我们能够重建我们实验的关键特征，包括电子自旋共振谱。我们的研究结果是一致的最近发现的机制，用于生产的超精细相互作用在硅中的捐助者，这是线性的流体静力学分量的应用应变的位移。
2018-01-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anisotropic spin relaxation in $n$-GaAs from strong inhomogeneous hyperfine fields produced by the dynamical polarization of nuclei
n-GaAs中动态极化核的超精细场在空间上是非常不均匀的，因为在随机分布的施主附近，动态极化过程是最有效的。穿过体半导体的具有极化自旋的电子将经历这种不均匀的超精细场作为有效的波动自旋进动速率，因此电子系综的自旋极化将松弛。基于无规行走理论的自旋弛豫理论被应用于斜磁场中的旋进系综，并解析地导出了（不等的）纵向和横向自旋弛豫的精确形式。为了研究这种机制，电三端Hanle测量进行外延生长的Co $_2$ MnSi/ $n$ -GaAs异质结构制造成电自旋注入器件。建议的各向异性自旋弛豫机制需要令人满意地描述Hanle线型时，所施加的领域是在大的倾斜角取向。
2015-08-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Longitudinal spin-relaxation of donor-bound electrons in direct bandgap semiconductors
我们测量了三种高纯度直接带隙半导体：GaAs，InP和CdTe中施主束缚电子纵向自旋弛豫时间（$T_1$）作为磁场（$B$）的函数，观察到最大$T_1$分别为$1.4~\text{ms}$，$0.4~\text{ms}$和$1.2~\text{ms}$。在GaAs和InP中，在低磁场下，直到$\sim2~\text{T}$，自旋弛豫机制是强烈的密度和温度依赖性，并归因于由晶格核自旋引起的超精细场中的电子自旋的随机进动。在所有三种半导体在高磁场下，我们观察到一个幂律依赖的${T_1 \propto B^{-ν}}$与${3\lesssim ν\lesssim 4}$。我们的理论预测，直接自旋-声子相互作用是重要的，在所有这三种材料在这一制度的量子点结构相比。此外，由Dresselhaus自旋轨道耦合结合单声子过程引起的“混合”机制在GaAs中具有可比的贡献。我们发现GaAs和CdTe的高场论和实验之间没有自由参数的良好协议，但存在显着的差异为InP。
2016-05-19 cond-mat.mes-hall
Micromagnet engineering for enhanced addressability of donor-cluster arrays in silicon
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；International Quantum Academy（国际量子科学院）；Shenzhen Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室深圳分部）；Ministry of Education Institute of Microscale Optoelectronics Shenzhen University（深圳大学微纳光电子教育部重点实验室）
本文提出一种集成STM定义磷施主团簇阵列与片上微磁体的可扩展硅量子处理器架构，通过磁场梯度增强可寻址性，支持120多个量子比特并实现频率复用，为原子量子比特硅量子计算奠定基础。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall
Electrically addressing spin systems is predicted to be a key component in developing scalable semiconductor-based quantum processing architectures, to enable fast spin qubit manipulation and long-distance entanglement via microwave photons. However, single spins have no electric dipole, and therefore a spin-orbit mechanism must be integrated in the qubit design. Here, we propose to couple microwave photons to atomically precise donor spin qubit devices in silicon using the hyperfine interaction intrinsic to donor systems and an electrically-induced spin-orbit coupling. We characterise a one-e…
2021-05-06 cond-mat.mes-hall
Charge dynamics and spin blockade in a hybrid double quantum dot in silicon
由于硅的半导体真空特性及其与微电子工业的兼容性，硅中的电子自旋量子位，无论是在量子点中还是在施主原子中，长期以来一直被认为是用于实现量子计算机的有吸引力的量子位。虽然硅中的施主电子自旋提供极长的相干时间并通过超精细相互作用进入核自旋，但量子点具有快速电操作、可调谐性和可扩展性的互补优势。在这里，我们提出了一种新的混合双量子点的方法，通过耦合给体光刻图案化的人工原子。利用闸极射频反射计，我们探讨此双量子点系统的电荷稳定性及量子电容在点间电荷跃迁时的变化。使用微波光谱学，我们发现一个隧道耦合的2.7 GHz的，并重新计算的电荷动力学，它揭示了一个电荷T2* 的200 ps和弛豫时间T1的100 ns。此外，我们证明了在inderdot过渡的自旋封锁，开辟了可能性，操作这个耦合系统作为一个单重态-三重态量子比特或转移之间的量子点和施主电子和原子核的相干自旋状态。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction in a quantum dot: Non-Markovian electron spin dynamics
本文对局域电子自旋与核自旋环境通过费米接触超精细相互作用的非马尔可夫动力学进行了系统的计算。这一工作适用于量子点的s -型轨道基态或束缚在施主杂质上的电子，并且对核自旋系统的任意极化p和高磁场中的任意核自旋I都是有效的。在p=1和I=1/2的极限下，我们的微扰理论的玻恩近似恢复了精确的电子自旋动力学。我们在电子自旋-核自旋翻转项中找到了电子自旋各阶纵、横分量的广义主方程的形式。与标准的含时微扰理论不同，我们的微扰展开是规则的，并且可以进行到更高阶。我们明确表明这与四阶计算的纵向自旋动力学。在零磁场中，衰变的电子自旋分数由小度参数δ=1/p^{2}N限定，其中N是电子波函数范围内的核自旋数。然而，衰减的形式只能在高磁场中确定，远大于最大Overhauser场。一般来说，电子自旋表现出丰富的动力学，由非指数衰减，指数衰减和无阻尼振荡的贡献之和描述。在电子包络波函数的临界维数和形状处，电子自旋渐近性存在一个突变。我们提出了一个计划，可用于测量的非马尔可夫动态使用标准的自旋回波技术，即使当经历非马尔可夫动态的分数是小的。
2004-05-29 cond-mat.mes-hall
Dynamic nuclear polarization and ESR hole burning in As doped silicon
在0.1-1 K温度范围内，在4.6 T强磁场中，对掺As天然丰度硅晶体中\si{}核的动态核极化进行了实验研究。这确保了非常高程度的电子自旋极化，极慢的核弛豫和实现奥弗豪泽和解决固体效应的最佳条件。我们发现，固体效应DNP导致的外观的孔和峰的模式在ESR线，分开的供体电子和\si{}核之间的超超精细相互作用最接近的供体。相反，Overhauser效应DNP主要作用于与施主电子相互作用最弱的\si{}核，导致ESR谱线上出现一个很窄（$\approx$ 3 mG宽）的空穴。我们研究了烧蚀后空穴的弛豫，这是由核自旋扩散引起的。用简单的一维光谱扩散模型分析自旋扩散数据得到光谱扩散系数$D=8(3)\times 10^{-3}$ mG $^2$ /s的值。我们的数据表明，自旋扩散并没有完全阻止，即使在冻结的核心附近的施主。在奥弗豪泽DNP之后出现的窄洞可以用电子自旋的拉比振荡引起的冻结核的部分“软化”来解释。
2019-12-12 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus
