Simultaneous Electrical and Optical Readout of Graphene-Coated High Q Silicon Nitride Resonators
我们已经制造和测试了机械谐振器组成的一个单原子层的石墨烯沉积在悬浮氮化硅膜。通过添加石墨烯层，我们保留了氮化硅的理想机械特性，但利用石墨烯的电学和光学特性通过光学和电学手段来抑制共振运动。通过将石墨烯-氮化硅鼓定位在可调谐光学腔中，我们观察到由于石墨烯的光吸收而引起的设备的位置依赖性阻尼和谐振频率控制。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall
Large-Scale Cost-Effective Mid-Infrared Resonant Silicon Microstructures for Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy
本研究提出一种基于镀金硅倒金字塔阵列的中红外谐振结构，利用表面等离极化激元增强电场局域化，实现了全MIR范围内低浓度细菌的高灵敏检测，且该器件具备低成本、晶圆级制造及可重复使用等优势。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall
Protocol for a resonantly-driven three-qubit Toffoli gate with silicon spin qubits
三量子比特Toffoli门在量子纠错和复杂的量子算法（如Shor的因子分解算法）中起着重要的作用，激发了对这种门的有效实现的搜索。本文介绍了一种适用于硅量子点阵列中交换耦合电子自旋量子比特的Toffoli门。我们的协议是一个自然的延伸，以前证明了硅自旋量子位的共振驱动CNOT门。它是基于一个单一的交换脉冲与谐振微波驱动相结合，与操作时间的顺序为100纳秒和保真度超过99%。我们分析了校准误差和1/f噪声对门保真度的影响，并将门性能与由双量子位门合成的Toffoli门进行了比较。我们的方法很容易推广到其他受控的三量子比特门，如Deutsch和Fredkin门。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mie-resonant silicon waveguide for efficient coupling with excitonic emitters in InSe
实验研究了InSe薄膜面外激子发射体与硅Mie共振纳米盘波导的辐射耦合，通过激发Mie型磁偶极子共振，使950 nm处光致发光功率较传统肋形波导提升约2.5倍，为集成光子学片上光发射器提供了新可能。
2025-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Purcell enhancement in layered InSe on the Mie-resonant silicon nitride waveguide
Ioffe Institute（约费研究所）；Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）
研究通过将二维半导体与介电共振结构结合，实现InSe激子发光的普尔塞增强，展示出在硅氮化物波导中激子衰减时间减少三倍的成果，揭示了二维材料与介电界面在集成光子器件中的潜力。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall
Pauli-Spin-Blockade Transport through a Silicon Double Quantum Dot
我们提出了测量共振隧穿通过离散的能级的硅双量子点形成在一个薄的绝缘体上的硅层。在没有压电声子耦合的情况下，具有形变-电势耦合的自发声子发射解释了通过两个点的基态的非弹性隧穿。这样的运输测量使我们能够观察到泡利自旋封锁由于有效的两个电子自旋三重态的相关性，明显的共振隧穿通过基态的一个独特的偏置极性的依赖。通过激发态共振，借助于基态之间的有效声子发射解除了封锁。我们的实验显示了研究硅基自旋动力学和基于自旋的量子信息处理的巨大潜力。
2008-02-22 cond-mat.mes-hall
Coherent Manipulation with Resonant Excitation and Single Emitter Creation of Nitrogen Vacancy Centers in 4H Silicon Carbide
碳化硅（SiC）由于其能够承载光学可寻址的自旋量子位和晶圆尺寸的样品，已成为实现可扩展量子技术的关键参与者。在这里，我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与共振激发，并清楚地确定了基态能级的NV中心在4 H-SiC。用Rabi和Ramsey振荡实现了SiC中NV中心的相干操纵。最后，我们成功地产生和表征的单氮空位（NV）中心的SiC采用离子注入。我们的研究结果是突出的关键作用的NV中心在SiC作为一个潜在的候选量子信息处理。
2022-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multifunctional Devices and Logic Gates With Undoped Silicon Nanowires
我们报告的电子输运性质的多栅极器件制造的非掺杂硅纳米线。通过局部静电门控和温度依赖性测量实现了对相关传输机制的理解和控制。源极/漏极接触和硅沟道的作用可以被独立地评估和调整。围绕硅化物-硅接触界面的包裹栅极被证明是有效的，在诱导接触肖特基势垒的完全抑制，从而使载流子注入到液氦温度。通过独立调节有效肖特基势垒高度，可以获得各种可重构器件功能。特别地，相同的纳米线器件可以被配置为用作具有可调极性的肖特基势垒晶体管、肖特基二极管或p-n二极管。这种多功能性最终被用来实现增益远高于1的NAND逻辑门。
2012-08-07 cond-mat.mes-hall
Coplanar Lateral Gating MoS2 on SrTiO3: A Unified Platform for Classical and Quantum Devices
Indian Institute of Science Education and Research Thiruvananthapuram（印度科学教育与研究特里凡得琅研究所）
本文提出一种基于SrTiO3的共面横向门控MoS2场效应晶体管架构，利用高介电常数和量子顺电特性增强栅耦合，减少界面无序，为低功耗二维电子学和低温量子器件提供统一平台。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall
Coherent transfer of quantum information in silicon using resonant SWAP gates
基于硅量子点自旋的固态量子处理器正在成为量子信息处理的强大平台。高保真度的单量子位和双量子位门最近已经被证明，大型可扩展量子位阵列现在被常规制造。然而，双量子比特门是通过最近邻交换相互作用介导的，这需要直接波函数重叠。这限制了这些设备的整体连接性，并且是实现纠错、量子随机存取存储器和多量子比特量子算法的主要障碍。为了扩展连接性，量子比特可以使用量子SWAP门在设备周围穿梭，但相位相干SWAP尚未在硅设备中实现。在这里，我们展示了一种新的单步谐振SWAP门。我们首先使用门来有效地初始化和读出我们的双量子点。然后，我们表明，门可以移动自旋本征态在100 ns的平均保真度$\bar{F}_{SWAP}^p$ = 98%。最后，任意两个量子比特的产品状态的转移基准使用状态断层扫描和Clifford随机基准，产生的平均保真度为$\bar{F}_{SWAP}^c$ = 84%的门操作时间为~300 ns。通过相干自旋输运，我们的共振SWAP门实现了非相邻量子比特的耦合，从而为使用硅自旋量子比特的大规模实验铺平了道路。
2019-06-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Radio-frequency optomechanical characterization of a silicon nitride drum
机械运动的片上驱动和读出是表征机械谐振器并将其用于新应用的关键。我们将氮化硅薄膜电容耦合到由集总元件电路形成的非谐振射频腔。尽管腔品质因数较低（Q $_\mathrm{E}\approx$ 7.4）且非谐振、室温操作，但我们仍然能够参数化几种机械模式并估计它们的光机耦合强度。这使得能够实时测量膜的驱动运动和快速表征，而不需要超导腔，从而消除了对低温冷却的需要。最后，我们观察到光机械诱导的透明度和吸收，包括敏感的计量学，基态冷却的机械运动和减缓光的一些应用至关重要。
2020-07-20 cond-mat.mes-hall
Silicon quantum computation based on magnetic dipolar coupling
提出了一种偶极门替代基于交换门的凯恩量子计算机，其中量子比特是硅中浅V族施主的电子自旋。剩余交换耦合被视为适合于量子纠错的门误差，去除了对所有基于硅交换的实现的施主定位特性的严格要求[B. Koiller等人，物理修订版信函88，027903（2002）]。与常见的推测相反，这样的方案是可扩展的，即使它是基于长距离偶极量子位间耦合，也没有门控时间的开销。
2004-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resonant tunneling spectroscopy of valley eigenstates on a hybrid double quantum dot
我们报道了通过由施主和量子点组成的硅混合双量子点的电子输运测量。输运谱显示了涉及不同谷态的共振隧穿峰，这说明了Si/SiO2界面上量子点的谷分裂。双点输运的详细栅极偏压依赖性允许首次直接观察量子点中的谷分裂，其在160-240 μ eV之间可控，电场依赖性为1.2 ± 0.2 meV/（MV/m）。大的谷分裂是在硅量子点中实现物理电子自旋量子比特的基本要求。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall
Resonant optical spin initialization and readout of single silicon vacancies in 4H-SiC
4 H-SiC中的硅单空位是固态量子信息处理的一个很有前途的候选材料。我们在低温下对单个V2缺陷进行高分辨率光谱分析。我们发现有利的低温光学性能是必不可少的光学读出和相干控制其自旋和自旋光子接口的发展。单个缺陷之间的共同特征包括两个窄的、几乎寿命有限的光学跃迁，其对应于$m_s{=}\pm 3/2$和$m_s{=}\pm 1/2$自旋态，没有可辨别的零场分裂波动。自旋态的激发和读出的特征在于在这些跃迁的共振激发下的时间分辨光谱，显示出$\pm 3/2$和$\pm 1/2$自旋态之间的显著差异。这些结果很好地描述了一个理论模型，加强了我们对这种缺陷的量子特性的理解。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vertically-Illuminated, Resonant-Cavity-Enhanced, Graphene-Silicon Schottky Photodetectors
我们报告垂直照明，谐振腔增强，石墨烯硅肖特基光电探测器（PD）工作在1550 nm。这些利用石墨烯-Si界面处的内部光电发射。为了获得光谱选择性并增强响应度，PD与光学腔集成，从而在共振时产生多次反射，并增强石墨烯的吸收。我们的器件具有依赖于波长的光响应，外部（内部）响应度~ 20 mA/W（0.25A/W）。可以通过改变腔谐振波长来进一步调谐光谱选择性。我们的器件为开发用于自由空间光通信、相干光学断层扫描和光雷达的高响应度混合石墨烯-Si自由空间照明PD铺平了道路
2017-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Readout using Resonant Tunneling in Silicon Spin Qubits
针对硅自旋量子比特状态探测与布线集成难题，本文理论研究由常规晶体管控制的共振隧穿QD阵列测量及读出，证明相干时间内可完成逾百次测量。
2023-08-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
SWNT-array resonant MOS transistor
我们表明，单壁碳纳米管（SWNTs）的水平阵列悬浮在硅MOSFET的沟道上方，可以用作振动栅电极。这种新型的纳米机电系统（NEMS）将单壁碳纳米管独特的机械和电子特性与集成的硅基运动检测相结合。其电响应表现出明确的单壁碳纳米管阵列（120-150 MHz）的机械共振的签名，表明这些薄的水平阵列表现为具有1-10 GPa量级的杨氏模量和超低质量的内聚性，刚性和弹性体膜。谐振频率可以通过栅极电压来调谐，并且在连续介质力学框架内很好地理解其依赖性。
2010-08-27 cond-mat.mes-hall
3-Dimensional Tuning of an Atomically Defined Silicon Tunnel Junction
对量子信息处理器的要求是隧道速率和设备内的交换相互作用能量的原位可调谐性。硅中原子量子位的大能级分离非常适合于量子位操作，但是限制了使用平面内栅极架构的器件可调谐性，需要垂直分离的顶栅极来控制器件内的隧穿。在本文中，我们解决控制最简单的隧道器件在Si：P，隧道结。在这里，我们证明，我们可以调整其电导，通过使用垂直分离的顶栅对准+-5nm精度的结。我们发现，单片3D外延顶栅增加了3倍的电容耦合相比，在平面栅极，导致在0- 186 meV的隧道势垒高度可调。通过串联组合多个门控结，我们扩展了单片3D门控技术，以实现包括AND和OR门在内的纳米级逻辑电路。
2022-11-03 cond-mat.mes-hall
Proposal for Efficient Generation of Spin-Polarized Current in Silicon
我们提出了一种自旋相关的共振隧穿结构，以有效地注入自旋极化电流到硅（Si）。通过在铁磁金属（FM）和Si之间重掺杂多晶Si（Poly-Si）来降低肖特基势垒电阻，我们估计将隧穿电流密度提高到$10^8$ Am $^{-2}$。硅中的小费米载流子海将隧穿电子聚焦到铁磁体中的小横向动量区域内的共振自旋态，这产生了电流的自旋极化。由于大的交换分裂之间的自旋向上和向下的带，自旋电流的衰减被解释在散射的聚焦光束。只有当FM层的厚度小于根据该原因估计的自旋扩散长度时，电流中的自旋极化才存在。
2010-03-31 cond-mat.mes-hall
Microwave manipulation of electrically injected spin polarized electrons in silicon
我们演示了微波操纵硅中电注入自旋极化电子的自旋态。虽然硅沟道的铁磁金属薄膜的边界，我们表明，适度的微波功率可以施加到设备，而不会改变设备的操作显着。共振微波辐射是用来诱导自旋极化的电子自旋旋转，因为它们穿越硅通道，并随后检测到由铁磁肖特基势垒自旋探测器所产生的自旋极化。这些结果表明，先进的电子自旋共振技术相结合，以补充标准的磁输运测量以外的半导体自旋电子器件的研究的潜力。
2013-12-12 cond-mat.mes-hall
Resonant escape over an oscillating barrier in single-electron ratchet transfer
实验研究了硅基棘轮转移中单电子从亚稳态越过振荡势垒的逃逸过程。当势垒在单电子逃逸的时间尺度特征上振荡时，同步发生在确定性势垒调制和随机逃逸事件之间。作为其振荡频率的函数的平均逃逸时间呈现出最小值，提供了用于单电子的共振激活的主要签名。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall
Tunable inverse spin Hall effect in nanometer-thick platinum films by ionic gating
电选通可以强烈地调制半导体和绝缘体的各种物理性质，如硅的电导率发生显著变化，SrTiO_3的超导电性出现，（In，Mn）As的顺磁-铁磁转变等，而这种调制的关键是固体中的电荷积累。因此，人们认为，这种调制对于载流子数量太大的常规金属来说是遥不可及的。然而，成功地调整了钴的居里温度，甚至在金属材料中也有望最终实现这种程度的控制。在这里，我们显示了可逆调制高达两个数量级的反自旋霍尔效应-一种现象，管理自旋和电荷电流之间的相互转换-在铂。自旋-电荷转换使得能够在同一器件中产生和使用电流和自旋电流，这对自旋电子学和电子学的未来至关重要。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Entangling distant resonant exchange qubits via circuit quantum electrodynamics
我们研究了一个由空间分离的共振交换量子比特组成的混合量子系统，定义在三电子半导体三重量子点中，通过超导传输线谐振器耦合。借鉴电路量子电动力学和Hartmann-Hahn双共振技术的方法，我们分析了在色散和共振相互作用机制中实现共振介导的双量子比特纠缠门的三种具体方法。我们计算了纠缠门的量子数以及通过声子的弛豫率，在硅三重点中的共振交换量子位，并表明这样的实现是特别适合于实现强耦合制度。我们的方法结合了硅中编码自旋量子比特的良好相干特性和电路QED系统提供的快速而强大的长程纠缠。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photo-draining and slow capture of carriers in quantum dots probed by resonant excitation spectroscopy
我们从理论和实验上研究了平面微腔中单个InAs/GaAs量子点的共振辐射。由于量子点中存在至少一个残余电荷，中性激子的共振激发被阻断。分析了剩余掺杂对量子点初始电荷态的影响，将共振发射猝灭解释为库仑阻塞效应。在特定的低功率状态下使用额外的非共振激光器导致量子点中的载流子流失，并允许激子共振发射的有效光学选通。详细的人口演化模型，发展到描述的载流子排水和光门效应，完全符合实验结果的光门的稳态和动态制度与一组参数。我们推断，超慢俄歇和声子辅助的捕获过程管理的量子点与弛豫时间在1 - 100微秒范围内的载流子流失。我们的结论是，光门作为一个非常敏感的探针的量子点布居弛豫在一个前所未有的慢捕获制度。
2013-02-08 cond-mat.mes-hall
Pseudo-Digital Qubits: A General Approach
伪数字耦合技术是近年来提出的一种简单但鲁棒的用于减少量子点量子计算机中选通误差的技术。在这里，我们讨论的背景下，硅异质结构的模拟技术。此外，我们概括和扩展的伪数字的概念，以其他设置。特别是，我们认为超导电荷量子比特，并提出了一个简单的电路实现双，伪数字工作点。
2002-10-11 cond-mat.mes-hall
Quantum CNOT Gate for Spins in Silicon
单量子比特旋转和双量子比特CNOT运算是通用量子计算的关键组成部分。虽然已经使用电子自旋自由度实现了高保真单量子位操作，但由于快速的核自旋退相和电荷噪声，实现鲁棒的CNOT门一直是一个主要挑战。我们展示了一个有效的共振驱动CNOT门的电子自旋在硅。我们的平台实现了单量子位旋转，其重复率> 99%，通过随机基准测试验证。交换耦合的栅极控制允许在~200 ns内实现具有谐振驱动的量子CNOT门。我们使用CNOT门来产生具有75%保真度的Bell态，受限于量子态读出。我们的量子点器件架构为硅中的多量子位算法打开了大门。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Contrast Electro-Optic Modulation of a Photonic Crystal Nanocavity by Electrical Gating of Graphene
我们展示了一个高对比度的电光调制的光子晶体纳米腔集成的电控单层石墨烯。采用高品质（Q）因子空气槽纳米腔设计用于光场与石墨烯片之间的高重叠。调谐石墨烯的费米能级高达0.8 eV，使其复杂的介电常数，这允许调制的腔反射超过10 dB的摆动电压仅为1.5 V，我们还观察到一个可控的谐振波长偏移接近2 nm的波长为1570 nm和Q因子调制超过3。这些观察允许在不同化学势下的石墨烯复合物介电常数的腔增强测量，与门控下的石墨烯介电常数的理论模型一致。这种基于石墨烯的纳米腔调制证明了石墨烯集成硅光子芯片中高对比度、低功率频率选择性电光纳米腔调制器的可行性。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Achieving High Fidelity Single Qubit Gates in a Strongly Driven Silicon Quantum Dot Hybrid Qubit
尽可能快地执行量子位门操作对于最小化退相干的影响可能是重要的。对于谐振门，这需要施加强交流驱动。然而，强驱动可能会导致泄漏到量子比特子空间之外的水平，从而带来控制挑战。强驱动也可能带来理论挑战，因为旋转波近似等首选工具可能会崩溃，导致难以控制的复杂动力学。在这里，我们分析了硅量子双点混合量子比特的$X$共振旋转的缀饰态形式主义，获得的结果超出了旋转波近似。我们得到了最佳驱动频率和拉比频率的解析公式，这两者都受到强驱动。虽然量子比特状态表现出快速振荡，由于反向旋转项和泄漏，我们表明，它们可以被抑制到一个点，即门以上的$99.99\%$是可能的，在退相干的情况下。因此，退相干机制，而不是强驱动效应，应该代表量子点混合量子比特中谐振栅性能的限制因素。
2017-07-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrostically defined few-electron double quantum dot in silicon
采用金属氧化物半导体（MOS）兼容工艺制备了一种少电子双量子点，通过低温输运测量研究了该器件的能谱.双点结构是电可调的，使得点间耦合能够在宽范围内调整，如在电荷稳定性图中所观察到的。在偏置光谱测量中清楚地观察到了双点基态和激发态的共振单电子隧穿。
2009-04-02 cond-mat.mes-hall
PtSi Clustering In Silicon Probed by Transport Spectroscopy
通过热退火工艺形成的金属硅化物被用作微电子学中的接触材料。当器件特征尺寸减小到几十纳米以下时，硅化物/硅界面结构的控制成为关键问题。在这里，我们报告硅化物集群发生在沟道内的PtSi/Si/PtSi肖特基势垒晶体管。这种现象是通过原子模拟和低温共振隧穿光谱研究。我们的研究结果提供了证据的隔离的PtSi簇的直径为几个纳米的硅化物接触。团簇作为金属量子点，通过其离散的能态产生不同的量子输运特征。
2014-07-21 cond-mat.mes-hall
Reverse resonant nonspecular reflection controlled by intensity of light
在Littrow反射的情况下，研究了由周期性放置在银衬底上的硅盘组成的平面结构的非线性光学特性。这种结构表现出一种强烈的共振反射能力。镜面反射率和反向反射率的值可以通过改变入射光的强度来调节。
2022-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Structured Back Gates for High-Mobility Two-Dimensional Electron Systems Using Oxygen Ion Implantation
我们提出了一种新的背栅图案化的方法，是最高迁移率的分子束外延的要求兼容。与常见的背栅技术相反，我们的方法简单、可靠，并且可以扩大到整个晶片。背栅结构是由局部氧注入到硅掺杂GaAs外延层，这抑制了电导，而不影响表面质量。
2016-01-12 cond-mat.mes-hall
Transport spectroscopy of a single dopant in a gated silicon nanowire
我们报告了硅中单个掺杂原子的光谱，通过从绝缘体上硅刻蚀的栅纳米线的源极和漏极之间的共振隧穿。在沟道中隔离的这种掺杂剂的电子态在低于导带边缘的能量下在低温电导中表现为共振。我们观察到在磁场作用下，自旋向上和自旋向下的电子先后占据两种可能的电荷态。第一个共振与砷供体的中性$D^0$态的结合能一致。第二共振示出了由于带电的$D^-$状态与电极的静电耦合而降低的充电能量。在磁场下的激发态和塞曼分裂呈现出巨大的能量，潜在地可用于构建原子尺度的器件。
2006-11-13 cond-mat.mes-hall
Single-shot readout and relaxation of singlet/triplet states in exchange-coupled $^{31}$P electron spins in silicon
我们在实验上观察到硅中两个$^{31}$ P电子自旋量子位之间存在大的交换耦合$J \approx 300$ $μ$ eV.耦合自旋的单重态和三重态由单电子晶体管实时监测，该晶体管检测耦合自旋系统中隧道速率相关过程的电离，产生95%以上的单次读出率。零磁场下三重态到单重态的弛豫时间$T_1 \approx 4$ ms与硅中$J$偶联的$^{31}$ P二聚体的理论预测一致。的2-电子态人口的时间演化提供了进一步的洞察到谷轨道本征态的供体二聚体，谷选择规则和弛豫速率，以及超精细相互作用的作用。这些结果为在硅中实现具有自旋的2-qubit量子逻辑门铺平了道路，并强调了采用与弱$J$耦合强度兼容的选通方案的必要性。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Impurity-driven intervalley spin-flip scattering-induced 2D spin relaxation in silicon
通过对掺杂Si的二维电子气中电子自旋寿命的理论研究，我们强调了界面附近杂质中心电池势通过谷间电子散射引起的主导自旋弛豫机制。在低温和适度掺杂下，这种Yafet自旋翻转机制可以变得比由结构Rashba自旋轨道耦合场引起的Dyakonov-Perel自旋弛豫重要得多。由于前导级杂质诱导的自旋翻转仅发生在Si中的两个非相对谷之间，因此Si MOSFET或SiGe异质结构中的二维电子气（2DEG）系统是测试和利用这种自旋弛豫机制的天然平台，这是由于界面附近的谷分裂及其通过电门控或施加应力的可调谐性。我们提出的新的自旋弛豫机制可以解释部分的自旋弛豫的贡献，以硅为基础的2DEG系统。
2017-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Nuclear Polarization in Silicon Microparticles
我们报告记录高Si-29自旋极化获得动态核极化微晶硅粉末。这种硅粉末中的未成对电子是由于这种本质上异质的样品的非晶区域中的悬挂键。非晶区中的Si-29核通过由非共振微波辐射驱动的强制电子-核自旋翻转而极化，而结晶区中的核通过跨越结晶边界的自旋扩散而极化。超极化硅微粒具有较长的T1弛豫时间，可用作磁共振成像的示踪剂。
2008-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The neutral silicon-vacancy center in diamond: spin polarization and lifetimes
我们证明了金刚石中的中性电荷硅空位缺陷（$\mathrm{SiV^{0}}$）的光学自旋极化，这是一种在946 nm处发射零声子线的$S=1$缺陷。自旋极化被认为是最有效的共振激发下，但在低于共振能量非零。我们测量了低温下的系综自旋相干时间$T_2>100~\mathrm{μs}$和自旋弛豫极限$T_1>25~\mathrm{s}$。在946 nm附近的光自旋态初始化允许在相同的光寻址体积内独立初始化$\mathrm{SiV^{0}}$和$\mathrm{NV^{-}}$，并且$\mathrm{SiV^{0}}$在电信下转换频带内发射到1550 nm：当与其高Debye-Waller因子相结合时，我们的初步结果表明$\mathrm{SiV^{0}}$是远程量子通信技术的有希望的候选者。
2017-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Characterizing the rate and coherence of single-electron tunneling between two dangling bonds on the surface of silicon
我们设计了一个方案，以表征隧穿的一对隧道耦合悬空键共享的硅表面上的多余的电子-有效地一个两级系统。理论估计表明，隧穿应该是高度一致的，但太快了，无法用任何传统技术测量。相反，我们的方法是测量我们的悬挂键对的时间平均的电荷分布的电容耦合原子力显微镜的尖端在两个悬挂键之间的表面平行的静电势偏置和可调谐的中红外激光能够诱导拉比振荡系统中的存在。在非共振激光器中，由于偏压的作用，悬挂键对中的时间平均电荷分布是不对称的。然而，当激光器与偏置对中的相干电子隧穿共振时，理论预测时间平均电荷分布变得对称。这种共振对称效应不仅可以揭示隧穿速率，而且可以揭示系统中单电子动力学的退相干性质和退相干速率。
2014-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Directional silicon nano-antennas for quantum emitter control designed by evolutionary optimization
本文通过全局进化优化结合频域电动力学模拟设计硅纳米天线，在实现定向发射和发射速率增强的同时，发现简单几何模型收敛更快且对发射体位置扰动具有鲁棒性，为纳米光子学与量子技术应用提供潜力。
2023-09-14 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
High-Q Gold and Silicon Nitride Bilayer Nanostrings
低质量、高Q值的氮化硅纳米线是传感应用中纳米机械器件的前沿。在这里，我们表明，添加一个化学功能化的金覆盖层不会对Q的基本面外模式产生不利影响。相反，该装置保持其机械响应性，同时获得对分子键合的敏感性。此外，双层内的热膨胀差异引起可以电控的内应力。特别地，交流电激发纳米串的共振运动。这种AC热弹性致动简单、鲁棒，并且提供了传感器致动的集成方法。
2012-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Triangulating tunneling resonances in a point contact
我们观察到共振隧穿在硅分裂栅点接触注入锑和定义在自对准多晶硅双栅增强模式的Si-MOS器件结构。我们确定哪些谐振是可能的候选人通过锑供体，而不是无意的无序诱导电位使用电容三角测量运输。我们确定了从谐振特征到每个导电栅和源/漏二维电子气区的电容。在我们的器件几何结构中，这些电容提供了关于三维谐振位置的信息。电容的半经典静电模拟，已经用于映射量子点的大小和位置，确定位置和限制电位大小的组合，满足我们的实验观察。模拟的位置和大小的敏感性，使我们能够三角测量可能的位置与纳米分辨率的谐振水平。我们讨论了我们的结果，以及它们如何适用于共振隧穿通过一个单一的捐助者。
2011-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Neural-network-designed three-qubit gates robust against charge noise and crosstalk in silicon
针对硅基自旋量子比特受串扰和电荷噪声限制的规模化难题，研究通过物理信息神经网络优化生成鲁棒整形脉冲，实现等效Toffoli门及通用鲁棒门集合，大幅提升电压波动耐受度。
2023-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical Control of Donor Spin Qubits in Silicon
我们展示了如何实现从硅中的V族施主（P，As，Sb，Bi）的基态到激发轨道态的光学、自旋选择性跃迁。我们考虑两种方法的基础上共振，远红外（IR）跃迁的中性供体或共振，近红外激子跃迁。对于远红外光，我们计算的偶极矩阵元素之间的谷轨道和自旋轨道分裂状态的所有第五族施主使用有效质量理论。然后，我们计算了通过圆偏振光的光泵浦所能达到的电子核自旋极化的最大速率和数量。我们发现这种方法是最有前途的Bi捐助者，由于其大的自旋轨道和谷轨道相互作用。使用近红外光，通过驱动从基态到具有偶宇称的更高轨道的双光子$Λ$跃迁，可以对所有供体进行自旋选择性激发。我们表明，外部施加的电场或应变允许类似的，自旋选择性的$Λ$过渡到奇宇称激发态。我们预计这些结果将是有用的捐助者，量子控制和捐助者自旋量子比特的状态准备，并为发展捐助者自旋量子比特和单光子之间的相干接口未来的光谱研究。
2015-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid superconductor-semiconductor devices made from self-assembled SiGe nanocrystals on silicon
锗在硅上的外延生长通过允许控制纳米晶体的尺寸、组成和位置的工艺导致SiGe纳米晶体的自组装。这种控制水平，加上与硅技术的固有兼容性，可以证明在纳米电子应用中是有用的。在这里，我们报告的量子点设备直接接触个别硅锗纳米晶体与铝电极，和生产的混合超导半导体器件，如共振超导晶体管，当点强耦合到电极的孔的限制。弱耦合量子点上的电荷输运测量揭示了离散的能谱，其中受限空穴态显示出各向异性的旋磁因子和强的自旋轨道耦合强度，具有明显的栅极电压和磁场依赖性。
2010-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
High-Q silicon photonic crystal cavity for enhanced optical nonlinearities
我们制造和实验表征的$H0$光子晶体平板纳米腔的最大品质因数，$Q = 1.7$百万优化的设计。由硅板制成的腔具有$λ= 1.59 \mathrm{μm}$的谐振模式和测量的$400,000$的$Q$因子。它显示非线性效应，包括高对比度光学双稳态，在阈值功率之间的最低有史以来报道的硅器件。由于理论模态体积与$V = 0.34(λ/n)^3$一样小，该腔在具有最高$Q/V$比的腔中排名，同时具有适合于光子电路集成的小尺寸。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum Electromechanics on Silicon Nitride Nanomembranes
我们提出了一个基于氮化硅纳米膜的平台，用于集成超导微波电路与平面声学和光学器件，如声子和光子晶体。利用氮化硅纳米膜的拉伸应力和光刻图案化，我们能够可靠地实现真空间隙尺寸低至$s \approx 80$ nm的平面电容器。与微米节距的螺旋电感器线圈组合，这产生适合于与纳米级声学结构有效机电耦合的高阻抗（$Z_{0} \approx 3.4$ k $Ω$）的微波（$\approx 8$ GHz）谐振电路。我们测量了$g_{0}/2π= 41.5$ ~Hz的机电真空耦合率到图案化声子晶体纳米梁的低频（$4.48$ MHz）全局光束运动，并且通过参数微波驱动达到低至$n_{m} = 0.58$的反作用冷却机械模式占有率。
2015-12-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust two-qubit gates for donors in silicon controlled by hyperfine interactions
我们提出了两种策略，用于对硅中磷供体的交换耦合对的电子自旋进行双量子比特操作，使用将供体核自旋设置在任意状态的能力。当$^{31}$ P核处于相反的自旋态时，超精细相互作用提供了两个电子量子比特的有效磁失谐。这可以被利用来开启和关闭SWAP操作，其中适度地调节电子交换相互作用。此外，超精细失谐实现了基于选择性共振激发的高保真条件旋转门。后者根本不需要动态调整交换相互作用，并且提供了一个非常有吸引力的方案来在现实的实验条件下实现两个量子位逻辑门。
2013-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical switching of resonance fluorescence from a single germanium vacancy color center in diamond
可扩展的量子光子网络需要量子发射器的相干激发。然而，许多固态系统可以经历到抑制荧光的暗搁置状态的转变。在这里，我们证明了使用弱非共振激光的受控门控，共振激发可以恢复和放大单个锗空位（GeVs）。采用门控共振激发，我们实现了光学稳定的共振荧光的GeV中心。我们的研究结果是至关重要的部署钻石色心作为可靠的积木可扩展的固态量子网络。
2019-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
