Spin-cQED with bulk germanium spin qubits
Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；IRIG-MEM-L_Sim；Quantum Advanced Research Center (QuARC) - Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（量子先进研究中心（QuARC）- 西班牙高等科学研究理事会（CSIC））；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) - Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（马德里材料科学研究所（ICMM）- 西班牙高等科学研究理事会（CSIC））
研究基于体锗的自旋电路量子电动力学，通过建模和比较，发现其空穴自旋能与超导微波谐振器进入强耦合，耦合强度高且对磁场方向不敏感，确立了体锗作为可扩展自旋 - cQED 有力平台的地位。
2026-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering two-qubit gates via anisotropic exchange in germanium spin qubits
IBM Research Europe - Zurich（IBM 欧洲苏黎世研究所）；IBM Quantum, T.J. Watson Research Center（IBM 量子 T.J. 沃森研究中心）
本研究利用应变锗量子阱中的两个空穴自旋量子比特，结合磁场全矢量控制测绘交换张量，通过磁场取向调谐实现纵向与横向交换分量的调控，成功实现各向同性交换无法得到的单脉冲基带 iSWAP 门，建立了原生哈密顿量工程。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermi level pinning at the Ge(001) surface - A case for non-standard explanation
为了探索锗中费米能级钉扎的起源，我们研究了Ge（001）和Ge（001）：H表面。在Ge（001）：H的情况下不存在相关的表面态应该会使表面费米能级脱离钉扎。这是没有观察到的。对于以施主为主要掺杂剂的样品，无论表面结构如何，表面费米能级都接近价带的顶部。令人惊讶的是，对于钝化表面，它位于价带的顶部下方，允许带隙内的扫描隧道显微镜成像。我们认为，众所周知的能带弯曲背后的电子机制不适用，因此，一个更复杂的情况下，涉及离子自由度是必要的。实验技术包括四点探针电流测量、扫描隧道显微镜和光谱学。
2015-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Spin Orientation in Strained Superlattices
从理论上研究了应变半导体超晶格中的光学取向。阐明了自旋极化谱特征与结构参数的关系。SL结构中的第一极化最大值中的极化值被示出为随着价带的hh-和lh-状态之间的分裂而增长，对hh 1-lh 1分裂的联合应变和限制效应受到势垒中的隧穿的强烈影响。在具有高势垒的应变结构中，空穴的初始极化可以超过95%。计算的极化谱与极化电子发射的实验谱接近。
2003-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimising germanium hole spin qubits with a room-temperature magnet
本文研究用低温恒温器外部的室温永磁体替代超导矢量磁体来优化锗空穴自旋量子比特，实验获得 T2*=13 微秒、T2H=88 微秒及超过 99.9% 的单量子比特 Clifford 门保真度，证明该方法可保持高性能并提升可扩展性。
2025-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sweet-spot operation of a germanium hole spin qubit with highly anisotropic noise sensitivity
本研究揭示了锗重空穴自旋量子位的各向异性g张量与电场的关联，明确其退相干受1/f电荷噪声限制，实现了低磁场下99.94%的单量子位门保真度，为空穴量子位阵列的设计提供了关键依据。
2023-11-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical spin orientation and depolarization in Ge
半导体中的光学自旋取向和退偏现象对于自旋光电子学的发展具有极其重要的意义。在本文中，我们采用Ge基自旋光电二极管研究的室温光谱依赖的光学自旋取向的锗，在400-1550 nm范围内，和光载流子自旋弛豫现象。除了最大的自旋极化的光载流子的光子能量共振的直接间隙（1550 nm），我们实验证明了第二个相当大的峰值在530 nm处的存在下，由于光产生远离中心的布里渊区，L谷内。此外，我们的数据表明，等效的Ge中的空穴的自旋寿命是在5-10 ps的数量级，这意味着在室温下的空穴的自旋扩散长度大于预期，在150-220 nm的数量级。
2013-02-19 cond-mat.mes-hall
Bandstructure Effects in Silicon Nanowire Hole Transport
研究了强量子化硅纳米线场效应晶体管（FET）在不同输运方向上PMOS输运的能带结构效应。一个20带sp 3d 5s * 自旋轨道耦合（SO）原子紧束缚模型耦合到一个自洽的泊松求解器用于价带色散计算。弹道FET模型被用来评估电容和电流-电压特性。色散形状和曲率是器件尺寸、晶格取向和偏置的强函数，并且不能在有效质量近似下描述。限制质量在不同量子化方向上的各向异性可以导致电荷优选地在（110）表面中积累，其次在（112）表面上积累，而不是在（100）表面上积累，从而导致针对不同线取向的显著电荷分布。然而，纳米线FET器件的总栅极电容对于所研究的所有输运取向中的所有线而言非常相似（[100]，[110]，[111]），并且从氧化物电容退化约30%。与[100]线相比，[111]和其次是[110]取向的纳米线显示出最高的载流子速度和更好的导通电流性能。的色散特性和量子化行为，虽然一个复杂的功能的物理和静电约束，可以解释在一阶通过看重空穴价带的各向异性形状。
2008-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light-hole spin confined in germanium
本研究通过调控Ge$_{1-x}$Sn$_x$/Ge/Ge$_{1-x}$Sn$_x$异质结构，实现了锗中轻空穴的选择性约束，发现其具有大面内有效质量、强$g$张量各向异性及增强的Rashba参数，为轻空穴自旋器件设计提供指导。
2024-07-02 cond-mat.mes-hall
First-principles studies of orbital and spin-orbit properties of GaAs, GaSb, InAs, and InSb zinc-blende and wurtzite semiconductors
我们采用第一性原理技术，以适当地描述半导体（修改后的贝克-约翰逊势添加到交换相关功能），以获得电子能带结构的锌锗和纤锌矿相的GaAs，GaSb，InAs，和InSb。我们提取相关的价带和导带在区中心的自旋轨道场，通过拟合的自旋分裂所造成的缺乏空间反演对称性的这些大块晶体结构，已知的功能形式-三阶多项式。我们还确定了自旋轨道矢量场（导带）和平均自旋（价带）在动量空间中的取向。我们描述了自旋轨道参数对阳离子和阴离子原子量的依赖性。这些结果应该是有用的自旋输运，自旋弛豫，和自旋光学取向建模的半导体异质结构，以及为现实的研究基于超导体的马约拉纳纳米线，自旋轨道耦合的准确值是必要的。
2016-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic orientation and induced potential effects in photoelectron emission from metal surfaces by ultrashort laser pulses
采用基于能带结构的Volkov（BSB-V）近似，研究了金属表面（如铝）的晶体取向对超短脉冲激光掠入射产生的电子发射谱的影响。目前版本的BSB-V方法不仅包括一个现实的表面相互作用的描述，占能带结构的影响，但也由于感应电位，起源于集体响应的价带电子的外部电磁场的影响。应用该模型计算了Al（100）和Al（111）的价带的微分电子发射几率。对于这两个晶体取向，部分占据的表面电子态的贡献和诱导电位的影响分别分析作为激光载波频率的函数。我们发现，诱导电位强烈地影响光电子发射分布，打开一个窗口，以审查能带结构的影响。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus
Fully Tunable Strong Spin-Orbit Interactions in Light Hole Germanium Quantum Channels
本研究提出生长在弛豫GeSn上的类MOS外延锗结构，利用类轻空穴基态实现强且栅极可调的Rashba自旋-轨道相互作用，兼具通断开关特性与低g张量各向异性，为自旋量子比特和混合器件应用提供新平台。
2025-06-17 cond-mat.mes-hall
Symmetry, distorted bandstructure, and spin-orbit coupling of (group-III) metal-monochalcogenide monolayers
（第三族）金属单硫族化合物单层膜的电子结构表现出许多不寻常的功能。有些，如异常扭曲的上价带色散，我们描述为“火山口”，主要是纯粹的轨道相互作用的结果。其他的，包括自旋分裂和波函数自旋混合，则是由自旋轨道耦合直接驱动的。我们采用基本群论来解释这些属性的起源，并使用紧束缚模型来计算的现象，如带边载流子的有效g-因子，光吸收光谱，传导电子自旋取向，和弛豫诱导的上价带人口反转和自旋极化机制。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin orientation of two-dimensional electron gas under intraband optical pumping
本文发展了二维电子气的自旋取向理论，用于子带内间接光学跃迁。导带中电子的单极光学取向是由与价带中的虚拟中间态的间接散射和允许带间跃迁的选择规则引起的。所考虑的光学取向的机制被证明是在一个固有的关系与特殊的Elliot-Yafet机制的电子自旋弛豫引起的虚拟带间散射。
2002-02-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Electron spin coherence in Si/SiGe quantum wells
限制电子自旋相干时间的机制对自旋电子学具有重要意义。本文报道了六种不同结构的硅/硅锗二维电子气的电子自旋共振（ESR）和输运测量结果。自旋退相干时间$T_2^*$与从传输实验测量的2DEG密度$n_e$和动量散射时间$τ_p$一起提出。发现$T_2^*$对所施加的磁场相对于2DEG层的取向的显著依赖性，这与文献中描述的任何机制所预期的不一致。
2004-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of Electron Spin Relaxation in ZnO
掺杂ZnO是一种很有前途的自旋电子学材料。对于这样的应用，重要的是要了解自旋动力学，特别是这种II-VI族半导体的自旋相干性。自旋寿命$τ_{s}$已被测量的光学取向实验，它显示了一个令人惊讶的非单调行为与温度。我们解释这种行为，通过调用本地化和扩展状态之间的自旋交换。有趣的是，尽管价带分裂相对较小，但自旋轨道耦合的影响绝不是可以忽略的。这是由于ZnO的纤锌矿晶体结构。详细的分析使我们能够表征杂质的结合能和密度，表明光学取向实验可以用作半导体样品的表征工具。
2009-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin coherence generation and detection in spherical nanocrystals
对单电荷半导体纳米晶体系综的电子自旋取向和短光脉冲探测进行了理论描述。考虑了球形纳米晶体中价带的复杂结构。结果表明，抽运脉冲注入的电子自旋方向既依赖于抽运脉冲的螺旋度，又依赖于抽运脉冲的功率。结果表明，光脉冲的训练可以使驻留电子自旋完全取向。发展了自旋法拉第效应、克尔效应和椭圆率效应的微观理论，并讨论了这些信号的光谱灵敏度。我们表明，在周期性泵浦下，电子自旋的明显锁模发生，并表现为显着的自旋信号在泵和探测脉冲之间的负延迟。
2012-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin photovoltaic cell
自旋电子学旨在利用电子器件内部载流子的自旋自由度，在量子计算和无耗散互连方面具有巨大的潜力。理想情况下，自旋电子器件中的自旋电流应该由自旋电压发生器供电，该自旋电压发生器能够驱动自旋脱离平衡并产生两个空间上分离良好的具有相反自旋取向的种群。这样的发电机应该在室温下工作，与现有的半导体技术高度集成，并且既不与铁磁材料也不与外部施加的磁场一起工作。我们通过实现光电池的自旋电子等效物来满足这些要求。虽然后者在空间上分离光激发的电子和空穴电荷，我们的设备利用圆偏振光产生两个空间上定义良好的电子种群具有相反的自旋。这是通过调制进入具有图案化金属覆盖层（铂）的半导体（锗）的光波前的相位和振幅来实现的。这允许在半导体内部产生具有空间调制手性的光衍射图案，由于电偶极子选择规则，其局部激发自旋极化电子。
2014-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of cross-section geometry and wire orientation on the phonon shifts in ultra-scaled Si nanowires
工程的截面形状和尺寸的超尺度硅纳米线（SiNWs）提供了一个有吸引力的方式来调整其结构特性。利用修正的价力场模型计算了圆形、六边形、正方形和三角形硅纳米线的声学和光学声子位移。声学声子蓝移（声学硬化）和光学声子红移（光学软化）显示出对硅纳米线的截面形状和尺寸的强烈依赖性。三角形的硅纳米线具有最小的结构对称性所揭示的分裂的简并弯曲声子模式和显示最小的声硬化和最大的光硬化。声硬化，在所有的硅纳米线，是由于减少的截面尺寸的内部和表面原子之间的振动能量分布的差异。光学软化归因于声子群速度的降低和振动能量密度在内部原子上的局域化。虽然声学声子位移显示出很强的线取向依赖性，光学声子软化是独立的线取向。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall
Coherent and ultra-low-power EDSR with a flopping-mode spin qubit in germanium
École Polytéchnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究在锗中实现翻转模式自旋量子比特，通过双量子点离域自旋，在低磁场下以超低功耗实现高保真单量子比特门操作，并揭示弛豫机制。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
g-tensor Optimization in Ge/SiGe Quantum Dots
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学奎克研究所和卡弗里纳米科学研究所）
通过优化g张量特性，提升量子点中自旋量子比特的稳定性与可控性，为实现大规模锗基量子计算机提供设计原理。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Atomistic study of electronic structure of PbSe nanowires
硒化铅（PbSe）是一种用于设计光学传感器、激光器和热电器件的有吸引力的“IV-VI”半导体材料。PbSe纳米线（NW）的改进的制造使得能够利用低维量子效应。采用18带$sp^3d^5$紧束缚理论，研究了截面尺寸（W）和沟道取向对PbSe纳米线能带结构的影响.的带隙增加几乎与反向的W为所有的取向，表明弱的对称性依赖。[111]与[100]纳米线相比，[110]纳米线的导带和价带具有更高的弹道电导，这是由于[100]纳米线中突出的L谷的显著分裂。
2011-03-08 cond-mat.mes-hall
Variable and orbital-dependent spin-orbit field orientations in a InSb double quantum dot characterized via dispersive gate sensing
本研究利用色散栅极传感（DGS）表征InSb纳米线双量子点的自旋轨道场取向，发现其随电子占据数和轨道变化，验证了无电流表征自旋轨道相互作用的新方法。
2022-04-12 cond-mat.mes-hall
k.p theory of freestanding narrow band gap semiconductor nanowires
我们报告的理论研究的独立纳米线的电子结构的窄带隙半导体GaSb，InSb和InAs。纳米线用八带k.p哈密顿量描述，能带结构用有限元方法计算，混合基由纳米线内部的线性三角形单元和边界附近的约束Hermite三角形单元组成.考虑了具有[001]和[111]两种晶向以及不同截面形状的纳米线。对于每一个取向，三个窄带隙半导体的纳米线被发现在能带结构中表现出定性相似的特性。然而，沿着两个不同的晶体学方向取向的纳米线被发现在价带中显示出不同的特征。特别地，我们发现在[001]和[111]取向的纳米线中，所有的导带都表现出简单的、良好的抛物线色散，而在[001]取向的纳米线中，顶部的价带表现出双峰结构，而在[111]取向的纳米线中，顶部的价带表现出单峰结构。计算了这些纳米线中能带态的波函数和旋量分布。研究发现，这些窄带隙半导体纳米线的能带中出现了电子和空穴态的显著混合。在沿[001]方向取向的纳米线和沿[111]方向取向的纳米线中，波函数表现出非常不同的分布模式。单带有效质量理论不能再现本文提出的所有带态波函数。
2016-07-10 cond-mat.mes-hall
Simple model for electrical hole spin manipulation in semiconductor quantum dots: Impact of dot material and orientation
我们分析了一个典型的粒子在一个盒子模型的空穴自旋量子比特。该量子点受到静磁场和电场以及射频电场的作用，射频电场由于自旋轨道耦合而驱动拉比振荡。我们推导了拉比频率的方程，在这种情况下，拉比振荡主要是由量子比特态和附近单个激发态之间的耦合引起的。这一制度已被证明占主导地位，例如，薄绝缘体上硅纳米线中空穴自旋量子比特拉比频率的方程突出了控制拉比振荡的参数。特别是，我们表明，（001）衬底上的[110]取向的点比[001]取向的点表现得更好，因为它们最好地利用了主体材料的价带的各向异性。我们还得出结论，硅提供了最好的机会，快速拉比振荡在这个制度，尽管小的自旋轨道耦合。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pentagonal nanowires from topological crystalline insulators: a platform for intrinsic core-shell nanowires and higher-order topology
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；Institute for Advanced Study, Shenzhen University（深圳大学高等研究院）；Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-SPIN), Unitá di Ricerca presso Terzi c/o Universitá “G. D’Annunzio”（意大利国家研究委员会（CNR-SPIN）第泽齐研究单元/阿布鲁佐大学）
本研究通过实验和计算揭示了五边形拓扑晶体绝缘体纳米线的形成机制，展示了其作为高阶拓扑和分数电荷平台的潜力。
2024-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin and energy transfer in nanocrystals without transport of charge
我们描述了一种不需要隧穿的单个量子点之间的自旋转移机制。入射的圆偏振光子在第一量子点中产生具有非零电子自旋的带间激子。当量子点对被适当地设计时，这种激发可以通过库仑相互作用以电子自旋的{ \it守恒}或{ \it翻转}转移到相邻的点。第二个点可以辐射较低能量的圆偏振光子。自旋转移的选择规则由纳米晶体的共振条件和价带中强的自旋轨道相互作用决定。在共振条件下，库仑诱导的能量和自旋在点对和点链中的转移可以变得非常有效。即使在随机取向的纳米晶体中，电子也可以保持其自旋取向。
2003-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Interactions in Bilayer Exciton-Condensate Ferromagnets
具有不等电子和空穴密度的双层电子-空穴系统预期在导带和价带中都具有自发自旋极化的激子凝聚体基态。在没有自旋轨道和电子空穴交换相互作用的情况下，两个量子阱中的自旋取向之间没有耦合。在这篇文章中，我们表明，Rashba自旋轨道相互作用导致非常规的磁各向异性，其强度，我们估计，并与不寻常的准粒子谱有序状态。
2009-05-04 cond-mat.mes-hall
Field-tilt Anisotropy Energy in Quantum Hall Stripe States
最近报道的价朗道能级指数为$N \ge 2$的二维电子系统纵向电阻率的巨大各向异性被解释为单向电荷密度波（UCDW）基态的信号。我们报告详细的Hartree-Fock计算的UCDW取向的能量诱导的倾斜磁场。我们发现，对于目前的实验样品条纹取向垂直于面内场，与实验一致。对于更宽的二维电子系统，我们预测倾斜诱导条纹状态与可变各向异性能量符号。
2000-02-08 cond-mat.mes-hall
Strain effects on the thermal properties of ultra-scaled Si nanowires
利用改进的价力场声子模型研究了单轴应力和静水应力对[100]和[110]硅纳米线的弹道热导（$κ_{l}$）和比热（$C_{v}$）的影响.预测了$κ_{l}$的各向异性行为和应变下$C_{v}$的各向同性性质的两个导线方向。压缩（拉伸）应变降低（增加）$C_{v}$。$C_{v}$随应变的变化趋势受高能声子子带的控制。[100]（[110]）线中低/中（低/高）能带的主要贡献及其在应变下的变化决定了$κ_{l}$的行为。
2011-06-03 cond-mat.mes-hall
Confinement of electrons in size modulated silicon nanowires
基于第一性原理计算，我们发现具有不同长度和直径的氢饱和硅纳米线段的周期性重复结的超晶格形成多量子阱结构。超晶格的带隙在实空间中被调制，因为它的直径，并导致在动量空间中的带隙，这是不同于组成纳米线。特定的电子态可以被限制在超晶格的窄或宽的区域中。能带排列的类型以及因此价带和导带的偏移取决于超晶格的取向以及组成部分的直径。通过自旋极化理论计算，研究了SiH空位和替代杂质对材料的电子和磁性的影响。带边附近具有局域态的替代杂质可以使调制掺杂成为可能。超晶格结构的稳定性进行了研究，在高温下的从头计算分子动力学计算。
2009-07-21 cond-mat.mes-hall
