Anderson Localization of Electrons in Silicon Donor Chains
我们建立了一个模型来研究用精密离子注入或STM光刻技术制备的掺杂硅纳米线的局域化特性。实验表明，欧姆定律在某些情况下成立，这显然与一维的安德森局域化理论相悖。我们研究了谷干涉对传统的无序系统电子结构理论的影响。每个孤立的施主轨道是现实的描述多谷有效质量理论（MV-EMT）。我们扩展这个模型来描述链的施主掺杂剂轨道的线性组合。考虑到供体定位的混乱，导致最近的邻居供体网站（供体-供体隧道耦合）之间的跳跃的一个复杂的无序分布-谷干扰的影响。从转移矩阵方法获得磷（P）供体链的定位长度，并进一步与链长进行比较。我们定量地确定的不确定性$δR$在相对于目标的植入位置的影响，也比较我们的结果与那些没有谷干扰。我们系统地分析了有针对性的施主间分离依赖性（$R_0$），并表明，只要定位误差在晶格参数（$δR <0.543$ nm）之下，在安德森局域化的有效开始之前，相当稀释的施主链（$R_0=7.7$ nm）可能长达100 nm。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall
Coherent electrical rotations of valley states in Si quantum dots using the phase of the valley-orbit coupling
栅极电场对硅量子点中谷轨耦合的相位有很小但不可忽略的影响。双量子点中谷本征态之间的有限点间隧穿是通过两个点之间的谷轨道耦合的相位的小差异来实现的，并且它又允许两个点谷本征态在反交叉水平上的可控旋转。我们提出了一个全面的分析讨论这个过程中，与现实的结构估计。
2012-07-31 cond-mat.mes-hall
Linear and planar molecules formed by coupled P donors in silicon
利用有效质量理论和多谷包络函数表示，我们建立了一个理论框架，用于计算硅中任意几何构型相互作用的多个磷供体的单电子结构，同时考虑谷轨道耦合。该方法适用于三个耦合磷捐助者，安排在一个线性链和三角形，并安排在一个正六边形的六个捐助者。模拟的结果表明，谷组成的单电子态强烈依赖于掺杂剂分子的几何形状和其相对于硅的晶轴的取向。三原子线性分子的电子结合能大于沿同一晶轴取向的双原子分子的电子结合能，但当核间距为1.5~6.6 nm时，基态与第一激发态之间的能隙没有显著差异.三个施主原子排列在一个三角形的几何形状具有更大的结合能比具有相同的核间距的掺杂剂的三原子线性链。平面供体分子的特征在于有利于垂直于分子平面取向的谷的强极化。极化随着形成平面分子的原子数而增加。
2016-11-22 cond-mat.mes-hall
Full configuration interaction simulations of exchange-coupled donors in silicon using multi-valley effective mass theory
硅中施主自旋的相干时间和单量子比特门的量子效率都达到了创纪录的水平。开发的下一阶段涉及展示高保真双量子位逻辑门，其中最自然的耦合是交换相互作用。为了帮助可扩展的基于施主的量子处理器的有效设计，我们使用多谷有效质量理论中的全组态相互作用方法来建模双电子波函数。我们利用我们的代码的高计算效率，调查交换相互作用，谷人口，和电子密度为两个磷施主在广泛的晶格位置，方向，并作为一个功能的应用电场。结果通过交互式图像可视化，其中可以扫描供体位置，同时观察谷和轨道组件相应地演变。我们的研究结果提供了一个物理上直观和定量准确的理解的位置和调谐标准，以实现高保真度的两个量子位门与硅中的施主。
2020-12-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Impact of the valley degree of freedom on the control of donor electrons near a Si/SiO_2 interface
我们分析了谷组成的一个电子绑定到一个浅施主接近Si/势垒界面作为一个功能的应用电场。采用全六谷有效质量模型哈密顿量。对于低场，电子基态基本上被限制在施主处。在高电场下，基态是这样的，即电子被吸引到界面，使施主实际上电离。由于谷-轨道耦合，在界面处发生谷分裂，|V_vo^I| e^{i θ}。在中间电场下，接近特征穿梭场，电子态可以构成具有不同于施主和界面基态的谷成分的杂化态。能级的全谱显示出随场变化的交叉和反交叉。水平排斥的程度，从而反交叉间隙的宽度，取决于相对谷组成，其随|V_vo^I|，θ和界面-施主距离。我们专注于在施主界面隧穿过程中所涉及的状态的谷配置，给出了三个最低的本征态的反交叉。一个序列的两个反交叉发生和复杂的相位θ影响本征态和水平反交叉间隙的对称性。我们讨论了我们的研究结果的实际操作的施主电子在硅纳米结构的影响。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Surface code architecture for donors and dots in silicon with imprecise and nonuniform qubit couplings
在硅中具有施主自旋的缩放量子计算机将受益于可行的半导体框架和量子位与噪声环境的强固有解耦。根据当前设计，通过自然交换相互作用耦合相邻自旋需要具有极小长度尺度的栅极控制结构。我们提出了一种硅结构，其中具有长相干时间的铋供体耦合到可以在相邻量子点之间穿梭的电子，从而放松了间距要求，并允许经典控制设备的供体之间的空间。每个供体/点对内的绝热SWAP操作解决了基于交换的双量子位门固有的可扩展性问题，因为它不依赖于供体放置的亚纳米精度，并且对控制场中的噪声具有鲁棒性。我们使用这种SWAP与完善的全球微波拉比脉冲和并行电子穿梭，以构建一个表面码，需要最小的，可行的本地控制。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall
Interface roughness, valley-orbit coupling and valley manipulation in quantum dots
本文系统地研究了量子点中界面粗糙度及其对相干动力学过程的影响。由于一个尖锐的，平坦的界面的潜在升降机的最低能量谷的简并，并产生一组谷本征态。界面粗糙度的特点是波动的界面的位置和潜在的步骤的大小。在界面的位置，这是预计将发生在晶格常数的长度尺度上的变化，降低谷轨道耦合的幅度。界面势阶大小的变化改变了谷轨道耦合的大小，并在涉及两个（或更多）点的动力学中诱导不同谷本征态之间的跃迁。这种转变可以通过操纵两个点之间的偏置来实验研究，并且可以通过电荷感测来检测。然而，如果表征界面位置的随机变量在量子点数量级的距离上相关（这不太可能但可能），则谷轨道耦合的相位在相邻点中可能不同。在这种情况下，相同和相反的谷本征态之间的隧穿实际上是一个随机变量，无法控制。我们提出了一个共振隧穿实验，可以识别的矩阵元素之间的隧道一样，相反的谷本征态。
2010-11-12 cond-mat.mes-hall
Valley-enhanced fast relaxation of gate-controlled donor qubits in silicon
界面附近施主电子的栅极控制是基于施主的量子计算的一般成分。在这里，我们解决的问题：如何声子辅助量子位弛豫时间$T_1$的电子之间的施主和界面穿梭的影响？我们专注于“触发器量子位”的例子[Tosi等人，arXiv：1509.08538v1]，定义为硅中磷供体的核态和电子态的组合，当电子在供体和界面之间的中途时，有望实现快速的电控制和长的退相时间。我们从理论上描述了轨道弛豫，触发器弛豫和电子自旋弛豫。我们估计触发器量子位弛豫时间可以是$100 \, μ\text{s}$的量级，比体硅中的施主电子的值短8个数量级，并且比预测的非均匀退相时间（门时间）短（长）几个数量级。所有这三个弛豫过程都受到（i）电子-声子相互作用的非平凡谷结构和（ii）所涉及的电子态的不同谷组成的推动。
2016-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Valley-based noise-resistant quantum computation using Si quantum dots
我们利用硅量子点的谷自由度设计了一个抗噪声的量子计算平台。量子位被编码在双量子点中具有不同谷组成的两个极化（1，1）自旋三重态中，其中塞曼场使得能够进行明确的初始化。顶栅给出了点之间谷分裂的差异，允许相对谷本征态之间的可控点间隧穿，这使得单量子比特旋转成为可能。双量子位操作依赖于带状线谐振器，并且读出依赖于电荷感测。电荷和自旋波动的灵敏度由谷间过程决定，并且与传统的自旋和电荷量子比特相比大大降低。为了进一步抑制噪声，我们描述了谷回波。
2012-03-27 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-induced valley mixing and the spin-valley blockade in carbon-based quantum dots
碳纳米管和石墨烯量子点中的超精细相互作用（HFI）是由于13 C原子的存在。我们从理论上表明，在这些结构中的短程性质的HFI引起的谷自由度的电子和核自旋之间的耦合，除了通常的电子自旋核自旋耦合。我们预测HFI的这种性质会影响碳基双量子点中的泡利阻塞输运。特别地，我们表明，只有当量子点能级的自旋和谷简并都被提升时，输运才被阻止，例如，通过适当定向的磁场。阻断是由（1，1）电荷组态中的四个“超三重态”引起的。
2009-11-27 cond-mat.mes-hall
Shallow Deep Transitions of Neutral and Charged Donor States in Semiconductor Quantum Dots
我们对球形半导体量子点中类氢施主的中性杂质态（$D^0$）和带电杂质态（$D^-$）进行了详细的研究。该研究是在有效质量理论（EMT）的范围内进行的。我们采用局域密度近似（LDA）和Harbola-Sahni（HS）方案来处理多体效应。我们的实验与各种限制的潜力：方，谐波和三角形。我们观察到施主能级随着点半径（$R$）的减小而经历由浅到深的跃迁。在进一步减小点半径时，它又变浅了。我们将这种非单调行为称为\textbf{SHADES}。这表明$D^0$和$D^-$两者的载体{ \textbf{\textit{``freeze out''}} }的可能性。此外，我们的研究的光学间隙还揭示了{ \textbf{SHADES} }转变。
2003-12-19 cond-mat.mes-hall
Dispersive readout of valley splittings in cavity-coupled silicon quantum dots
体硅的能带结构具有六重谷简并。Si/SiGe量子阱系统中的应变部分地提升了谷简并，但是设置两个最低谷的分裂的材料因素仍在深入研究中。提出了一种精确测量超导微波谐振器中Si/SiGe双量子点谷分裂的方法。我们发现双量子点能级谱中的低谷态导致了腔传输中容易观察到的特征。这些特征产生半导体双量子点的微观能级结构的“指纹”，提供谷分裂和谷间耦合率的有用信息。
2016-07-29 cond-mat.mes-hall
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
Signatures of Valley Kondo Effect in Si/SiGe Quantum Dots
我们报告的测量一致的谷近藤效应在Si/SiGe量子点，证明了在电导与源极-漏极电压的峰值，表现出很强的温度依赖性。近藤峰在磁场中表现出不寻常的行为，我们将其解释为源于谷自由度。谷和塞曼分裂的相互作用建议的侧峰的存在下，揭示了0.28至0.34毫电子伏之间的零场谷分裂。在两个样品中观察到非零磁场的零偏压电导峰，这一现象与隧穿中的谷值不守恒一致。
2014-06-29 cond-mat.mes-hall
Spin-valley blockade in carbon nanotube double quantum dots
本文从理论上研究了半导体碳纳米管中双量子点的泡利效应或自旋谷效应。在我们的模型中，我们考虑了碳纳米管的以下特征：（i）量子点能级的四重（自旋和谷）简并，（ii）由管曲率增强的固有自旋轨道相互作用，以及（iii）由于短程无序引起的谷混合，即，替代原子，吸附原子等，我们发现，自旋谷封锁可以解除存在的短程无序，诱导两个独立的随机（大小和方向）谷塞曼场在两个点，因此类似于超精细相互作用在传统的半导体量子点。在强自旋-轨道相互作用的情况下，我们确定了一个参数制度，其中电流作为施加的轴向磁场的函数，显示了零场倾角的宽度控制的点间隧穿振幅，与最近的实验。
2010-11-01 cond-mat.mes-hall
Spin-valley qubits in gated quantum dots in a single layer of transition metal dichalcogenides
我们发展了一个基于电子自旋的量子比特的微观和原子论理论，在单层过渡金属二硫属化物的门控量子点中。量子位被标识为门控量子点中的两个简并锁定自旋态和谷态。两个量子比特的状态，准确地描述了使用一个数百万原子紧束缚模型在波矢量空间中解决。自旋-谷锁定和强自旋-轨道耦合导致两个简并态，其中一个量子位态是自旋向下的，位于布里渊区的$+K$谷，另一个量子位态位于自旋向上的$-K$谷。我们描述了旋转自旋谷量子位所需的量子位操作，作为所施加的垂直电场的组合，使自旋轨道耦合在一个单一的谷，与横向强本地化谷混合门。
2021-10-07 cond-mat.mes-hall
Optical transitions, exciton radiative decay, and valley coherence in lead chalcogenide quantum dots
我们提出了倒易空间中谷相干和超辐射的概念，并表明它导致$N$ -谷半导体量子点中亮激子辐射寿命的$N$ -倍减少。接下来，我们解释为什么，尽管如此，激子辐射寿命在PbX（X = S，Se，Te）量子点，从光致发光衰减测量，是在微秒范围内。我们还解决了具有强带间耦合的窄隙材料制成的纳米结构中的光-物质相互作用的特殊性。
2022-03-25 cond-mat.mes-hall
Long-term drift of Si-MOS quantum dots with intentional donor implants
电荷噪声可能对基于量子点（QD）的半导体量子比特的操作有害。我们研究了在量子点附近有意注入施主的Si-MOS器件的低频电荷噪声。我们发现，MOS系统表现出非平衡漂移特性的形式的瞬态和离散的跳跃，不依赖于施主注入的属性。平衡电荷噪声指示$1/f$噪声依赖性，并且噪声强度低至$1~\mathrm{μeV/\sqrt{Hz}}$，与在更多模型GaAs和Si/SiGe系统（其也未被注入）中报道的噪声强度相当。因此，我们证明了植入的量子比特可以在对长期漂移或$1/f$噪声没有不利影响的情况下制造。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Field-driven Valley Polarization of Transition Metal Dichalcogenide Quantum Dots
本研究理论探讨了超短圆偏振光脉冲下过渡金属二硫属化物量子点的电子动力学，发现可产生超快谷极化，且其随量子点尺寸的变化因材料而异，呈现单调或非单调趋势。
2023-08-30 cond-mat.mes-hall
Coulomb interaction and valley-orbit coupling in Si quantum dots
少电子Si量子点中的谷轨耦合是量子点占据数N的函数。我们研究了2 <= N <= 4的多通道硅量子点的光谱，表明与直觉相反，电子-电子相互作用对谷轨道耦合的影响可以忽略不计。对于N=2，它们被谷干涉抑制，对于N=3，它们由于旋量重叠而消失，对于N = 4，它们在不同的电子对之间抵消。为了证实我们的理论发现，我们检查了一个少电子的金属氧化物半导体量子点的实验能谱。在磁场中测量的自旋谷态填充序列揭示了谷-轨道耦合绝对不受占据数的影响。
2013-08-13 cond-mat.mes-hall
Donor Centers and Absorption Spectra in Quantum Dots
用精确对角化方法研究了三种不同施主中心D^{0}、D^{-}和D^{2-}在垂直磁场作用下的电子性质和光学吸收谱。最低激发态的能量作为外加磁场强度B和正离子与约束xy平面之间的距离zeta的函数而获得。我们的计算表明，正离子诱导跃迁的基态，这可以清楚地观察到在吸收光谱，但作为zeta去0的强度所需的过渡发生的磁场趋于无穷大。
2002-09-02 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
Valley filters, accumulators, and switches induced in graphene quantum dots by lines of adsorbed hydrogen atoms
我们提出了电子结构和量子输运计算，预测导电通道诱导石墨烯量子点的吸附线的氢原子作为高效的，实验上可实现的谷过滤器，开关和开关。基本的物理学是石墨烯狄拉克点共振（DPR）的一种新性质，即，在给定方向上通过DPR介导的导电通道的电流仅由两个石墨烯谷中的一个的电子携带。我们的预测适用于吸附在石墨烯量子点上的氢原子线，石墨烯量子点是独立的或支撑在六方氮化硼衬底上。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall
Optical control of a single spin-valley in charged WSe$_2$ quantum dots
控制和操纵单电荷及其内部自由度，如自旋，是纳米科学的一个基本目标，具有很好的技术应用前景。最近，原子级薄的半导体，如WSe $_2$已经成为谷电子学的平台，为谷指数的光、磁和电控制提供了丰富的可能性。虽然在控制载流子系综的谷指数方面已经取得了进展，但是对于谷电子学至关重要的单个电荷的谷控制仍然没有被探索。在这里，我们提供了光学活性WSe $_2$量子点（QD）中具有净自旋的局部空穴的明确证据，并在小磁场下通过激发激光的螺旋度控制其自旋谷态。我们估计的一个单一的电荷在量子点的复合时间的谷寿命的下限是$\sim$纳秒。值得注意的是，中性量子点没有表现出这样的控制，证明了过量电荷在延长谷寿命中的作用。我们的工作将二维谷电子学领域扩展到了单自旋谷的水平，与量子信息和传感应用相关
2018-10-03 cond-mat.mes-hall
Inter-valley scattering induced by Coulomb interaction and disorder in carbon-nanotube quantum dots
我们发展了半导体碳纳米管量子点的谷间库仑散射理论，考虑了曲率和手征的影响。从单粒子态的有效质量描述出发，充分考虑库仑相互作用、自旋轨道耦合和短程无序，研究了双电子系统。我们发现，与谷间散射相关的能级分裂几乎与手征角无关，虽然小于由于自旋轨道相互作用，大到足以测量。
2013-08-16 cond-mat.mes-hall
Disorder-mediated electron valley resonance in carbon nanotube quantum dots
我们提出了一个单电子在碳纳米管量子点中谷区同位旋相干旋转的方案。该计划利用无处不在的原子无序的纳米管晶格，诱导随时间变化的谷混合作为受限的电子被推回和沿纳米管轴向前施加的交流电场。使用实验确定的值的无序强度，我们估计谷拉比振荡周期的纳秒时间尺度上是可行的。在单电子输运机制下，通过双量子点的电流可以检测到谷共振效应。
2010-10-20 cond-mat.mes-hall
Nagaoka spin-valley ordering in silicene quantum dots
我们研究了硅烯内定义的量子点簇，其具有自旋和谷自由度的受限电子态。在原子紧束缚和连续介质Dirac近似下，对少电子系统进行了研究，得到了由点间隧穿和电子-电子相互作用驱动的自发谷极化，即最近在具有三个过剩电子的GaAs量子点正方形簇中发现的路线Nagaoka铁磁有序的谷对应物[P. Dehollain，{ \it et al.}，Nature { \bf 579}，528（2020）]。我们发现，对于没有本征自旋轨道耦合的哈密顿量-类似于具有交错势的石墨烯-只要系统的自旋被外部磁场冻结，基态的谷极化可以在点间距的范围内观察到。谷间散射的影响是可以忽略不计的集群几何形状，支持谷极化基态。在存在石墨烯特有的强的固有自旋-轨道耦合的情况下，不需要外部磁场来观察在自旋和谷中均极化的基态。自旋-轨道相互作用产生的有效磁场使简并基态的自旋分量和谷区同位旋分量呈现完美的正相关关系。
2021-03-16 cond-mat.mes-hall
Valley Phase and Voltage Control of Coherent Manipulation in Si Quantum Dots
在间接带隙半导体点的界面处的任何粗糙度下，谷轨道耦合的相位可以呈现随机值。在双量子点中，这个随机值导致交换分裂的大变化。我们展示了一个简单的分析方法来计算相位，从而交换分裂和单三重态量子比特频率，为任意接口。然后，我们表明，横向控制的量子点的位置，使用栅极电压，谷轨道相位可以控制在很宽的范围内，使交换分裂的变化可以控制为个别设备。最后，我们建议实验来测量谷相位和伴随的栅极电压控制。
2017-05-03 cond-mat.mes-hall
Spin and valley manipulation in single and double electrostatic silicene quantum dots
我们研究了单量子点和双量子点定义静电在硅烯。的自旋谷结构的限制单和双电子系统的确定和谷间散射引起的晶体边缘和库仑相互作用的影响进行了量化。在单电子和双电子扩展轨道的空间对称性的背景下讨论了双量子系统中的态。我们确定了由微波频率的交替电场引起的电荷、自旋和谷跃迁时间。谷过渡时间可以通过限制势控制几个数量级。此外，自旋跃迁率可以通过Rashba相互作用介导的成键和反键轨道的耦合而提高几个数量级。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall
Spin-valley resolved photon-assisted tunneling in carbon nanotube double quantum dots
研究了半导体碳纳米管中静电诱导双量子点的光子辅助隧穿（PAT）和Landau-Zener-Stueckelberg（LZS）干涉。本文采用原子紧束缚方法和含时组态相互作用方法，对有限电子和空穴系统进行了描述。我们再现了最近观察到的量子双点描述跨空穴局域态的传输的LZS干涉图案。此外，我们指出，对于电荷配置的基态是泡利阻止PAT可以用于分辨率的过渡，涉及自旋翻转或谷间过渡没有自旋谷保存背景信号。
2017-02-28 cond-mat.mes-hall
Untangling the valley structure of states for intravalley exchange anisotropy in lead chalcogenides quantum dots
提出一种广义程序，可从纳米结构原子级计算的量子受限态波函数中还原体相类谷局域波函数，应用于铅硫族量子点提取谷内交换哈密顿量，发现PbS的谷内交换矩阵元各向异性远强于PbSe。
2024-02-15 cond-mat.mes-hall
Spin-valley coupling in single-electron bilayer graphene quantum dots
了解电子自旋如何与轨道自由度耦合，例如固态系统中的谷自由度，对于基于自旋的电子学和量子计算中的应用至关重要。在带隙双层石墨烯（BLG）中制备静电约束量子点的最新进展使得能够研究BLG量子点中的低能单电子光谱，这对于潜在的自旋和自旋谷量子比特操作至关重要。在这里，我们提出了在单电子制度的双层石墨烯量子点的自旋谷耦合的观察。通过使用高度可调谐的双量子点器件，我们实现了能量分辨率，使我们能够解决提升的四重自旋和谷简并由$\approx 65~μ$ eV的Kane-Mele型自旋轨道耦合。此外，我们发现一个潜在的无序诱导的$K$和$K'$状态低于$20~μ$ eV的混合的上限。
2021-06-19 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
The effect of valley, spin and band nesting on the electronic properties of gated quantum dots in a single layer of transition metal dichalcogenides (TMDCs)
我们在这里提出的结果，原子论的金属栅极限制在一个单一的过渡金属二硫属化物层的电子。电子态由紧束缚模型描述，并使用包括多达百万个原子的计算盒进行计算，该计算盒具有周期性边界条件和由于嵌入其中的外部门而引起的抛物线限制势。我们发现了金属栅和六个非等效K谷中电子的双重简并能谱，与Q谷相关的折叠简并谱。我们比较了GaAs/GaAlAs和自组装量子点中电子的能级和电子能谱。讨论了自旋分裂和拓扑矩对量子点中K谷和Q谷电子态的影响。
2019-12-12 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 current generation using biased bilayer graphene dots
本征和非本征谷霍尔效应预测出现在石墨烯系统与均匀或空间变化的质量条款。非本征机制，介导的电子在费米表面的谷依赖性散射，可以直接链接到量子输运模拟。这是一个很有前途的路线，更完整的实验研究的valleytronic现象在石墨烯，但一个主要的障碍是在应用所需的亚晶格相关的潜力的困难。在这里，我们表明，强烈的谷依赖性散射也出现在双层石墨烯量子点，其中间隙的大小可以很容易地调制使用层间电位在双栅极器件。鲁棒谷依赖的散射和伴随的谷电流的范围内的系统中观察到的，我们调查点的大小，质量强度和额外的潜在条款的作用。最后，我们注意到，当有偏置的双层点嵌入单层石墨烯中时，也会出现强烈的电子电流谷分裂，但这种效果不如双层主体那么稳健。我们的研究结果表明，具有自定义质量分布的双层石墨烯器件为未来二维材料的valleytronic探索提供了一个很好的平台。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall
Measurement of valley splitting in high-symmetry Si/SiGe quantum dots
我们已经证明了在Si/SiGe和InGaAs中的少电子量子点，占据数从N = 0可控。这些显示出高度的空间对称性和可识别的外壳结构。磁谱测量表明，两种Si基器件在低磁场下都具有N =2的单重基态，从而提高了双谷简并度。这两个器件中的谷分裂分别为120和270 μeV，表明在我们的异质结构中存在原子级尖锐的界面。
2011-04-13 cond-mat.mes-hall
Mesoscopic Fluctuations of Elastic Cotunneling in Coulomb Blockaded Quantum Dots
我们测量了库仑阻塞量子点中弹性共隧穿的介观涨落。与库仑峰上的共振隧穿不同，谷中的共隧穿对充电效应敏感。我们观察到一个更大的磁场规模的cotunneling（谷）的波动相比，峰值，以及没有“弱本地化”（在B = 0的电导减少）在山谷中。共隧穿波动保持相关的几个山谷，而峰值电导相关性迅速下降。
1997-07-27 cond-mat.mes-hall
Spin and Valley States in Gate-defined Bilayer Graphene Quantum Dots
在双层石墨烯中，静电约束可以通过顶部和背栅电极的合适设计来实现。我们测量了通过双层石墨烯量子点的电子输运，该量子点由带隙区域横向限制，并通过pn结连接到引线。实现了单电子和空穴占据，并且电荷载流子$n = 1, 2,\dots 50$可以以超过$10 \ \mathrm{meV}$的充电能量连续填充到量子系统中。对于最低量子态，我们可以清楚地观察到谷分裂和塞曼分裂，自旋g因子为$g_{s}\approx 2$。在低场限，谷分裂线性依赖于垂直磁场，并在定性与计算一致。
2018-08-07 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
Density of States and Conductivity of Granular Metal or Array of Quantum Dots
颗粒金属或量子点阵列的电导率通常具有与状态密度的软库仑隙内的可变范围跳跃相关联的温度依赖性。这很难解释，因为中性点在费米能级上有一个硬充电间隙。我们发现，不受控制的或故意掺杂的绝缘体周围的点的捐助者导致随机充电的点和有限的裸态密度在费米能级。然后，远距离点的电子之间的库仑相互作用导致软库仑隙。我们发现，在一个稀疏的点阵列的裸态密度振荡作为施主的浓度的函数，并导致电导率的温度依赖性的周期性变化。在密集的点阵列中，如果绝缘体中的每个点有几个施主，则裸态密度完全模糊。
2004-06-24 cond-mat.mes-hall
Tight-binding simulations of electrically driven spin-valley transitions in carbon nanotube quantum dots
我们描述了在半导体碳纳米管（CNT）内静电定义的量子点中由交变电场驱动的自旋和谷跃迁的动力学。我们采用紧束缚方法来描述局域在量子点内的态，考虑了由于s-p杂化和外场引起的圆周自旋轨道相互作用。在量子点中局域化的本征态的基础被用于在自旋、谷和轨道自由度之间存在耦合的情况下由周期性微扰驱动的自旋翻转和谷间跃迁的描述的含时薛定谔方程的解。除了一阶跃迁，我们也发现分数共振。我们讨论的跃迁率的选择规则，解除原子的无序和弯曲的管。我们表明，垂直于CNT的轴的电场分量激活自旋跃迁，否则不存在，并且共振自旋翻转时间与电场的倒数成比例。
2014-09-03 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
Excited states in bilayer graphene quantum dots
我们报告了在平行和垂直的外加磁场中通过静电定义的双层石墨烯中的少孔量子点的基态和激发态输运。通过分析包含自旋和谷自由度的两粒子模型的有限偏置谱数据，发现了一个非常清晰的两粒子谱的能级方案。我们确定了双空穴基态是自旋三重态和谷单重态。这种自旋排列可以被看作是谷简并系统的洪德规则，这与碳纳米管中的量子点和GaAs基量子点有着根本的不同。自旋单重态激发态被发现是谷-三重态通过倾斜的磁场相对于样品平面。我们量化的交换能量为0.35毫电子伏，并测量谷和自旋g因子分别为36和2。
2019-04-15 cond-mat.mes-hall
Electromagnetic control of valley splitting in ideal and disordered Si quantum dots
在硅自旋量子位中，谷分裂必须被调谐远离量子位塞曼分裂以防止快速量子位弛豫。在这项工作中，我们详细研究了谷分裂如何依赖于电场和磁场以及量子点的几何形状的理想和无序的Si/SiGe界面。我们从理论上模拟了一个现实的静电定义的量子点，并找到了确切的基态和激发态的平面外的电子运动。这使我们能够找到电子包络函数及其对电场和磁场的依赖性。对于具有理想界面的量子点，在面内磁场的驱动下，电子的轻微回旋运动略微增加了谷分裂。重要的是，我们的建模使得有可能分析界面障碍的任意配置的效果。与以前的研究一致，我们表明，接口步骤可以显着减少谷分裂。有趣的是，根据界面台阶的位置，磁场可以增加或进一步抑制谷分裂。此外，谷分裂可以线性缩放，或者在存在界面台阶的情况下，与电场非线性缩放。
2020-07-01 cond-mat.mes-hall
Bound states and magnetic field-induced valley splitting in gate-tunable graphene quantum dots
基于Dirac方程，研究了静电门带隙单层和双层石墨烯量子点的能级与磁场的关系.由于在这些类型的QD中没有尖锐边缘，谷自由度是良好的量子数。我们表明，它的简并性是有效的，可控地打破了垂直于石墨烯平面施加的磁场。这为在石墨烯量子点中创建定义良好且控制良好的自旋和谷量子位开辟了一条可行的路线。我们还指出了单层和双层石墨烯量子点之间的光谱的相似性和差异。在双层石墨烯的情况下引人注目的是穿过间隙的异常体朗道能级（LL），这导致在大磁场下QD态与该体LL的交叉，这与不存在该LL的单层情况形成鲜明对比。在双层的情况下的间隙的可调性，使我们能够观察到直接相关的形成一个明显的“墨西哥帽”在散装能带结构的不同制度的水平间距。我们讨论了这种量子点的适用性，以控制和测量的谷同位旋和他们的潜在用途托管和控制自旋量子比特。
2008-10-02 cond-mat.mes-hall
Valley filtering in strain-induced $α$-$\mathcal{T}_3$ quantum dots
我们测试了通过局部应变$α$ - $\mathcal{T}_3$晶格刻下的量子点的谷过滤能力。具体来说，我们考虑一个平面外的高斯凸块在中心的四端配置和计算所产生的伪磁场具有相反的方向，电子起源于不同的山谷，由此产生的谷极化电流，以及位于彼此相对的注入器和集电极之间的电导。根据量子点的宽度和宽高比，我们检测到不同的传输制度，有和没有谷过滤的$α$ - $\mathcal{T}_3$和骰子晶格结构。此外，我们分析了电导共振的本质与高谷极化相关的（伪）朗道能级，局域态密度的空间分布，和局部电流密度。所观察到的局部电荷和电流密度图案反映了局部反演对称性破缺的应变，除了全球反演对称性破缺由于标度参数$α$。通过这种方式，我们也可以过滤出不同的子格。
2021-04-15 cond-mat.mes-hall
Nonradiative and radiative Förster energy transfer between quantum dots
我们从理论上研究了两个局域量子发射体之间的非辐射和辐射能量转移，供体一个（即初始激发）和受体一个（即接收激发）。非辐射和辐射过程的速率计算取决于供体和受体状态之间的空间和光谱分离，并为不同的供体和受体的半导体量子点的典型参数的寿命。我们发现，施主寿命可以显着修改，只有由于在施主-受主间距$\sim 10~$ nm的非辐射福斯特能量转移过程（取决于受体的辐射寿命）和能量失谐不大于1 $÷$ 2毫电子伏。在这些条件下的非辐射Förster能量转移过程的效率是接近于1，并迅速降低与施主-受主距离或能量失谐的增加。在大施主-受主间距$>40~$ nm时，施主寿命的辐射修正与非辐射修正相当，但相对较弱。
2015-11-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Disorder-induced valley-orbit hybrid states in Si quantum dots
硅中的量子点是实现固态量子信息处理的有希望的候选者。理解硅的多导带谷对这些器件性能的影响是很重要的。在这里，我们介绍了一个新的，系统的有效质量理论的谷轨道耦合在无序硅系统。该理论揭示了谷轨道杂化效应，这对于在谷自由度中存储量子信息是有害的，包括谷态之间的非零偶极矩阵元素和改变的谷间隧穿。
2013-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Dynamic Valley Polarization in Moire Quantum Dots
我们描述了在外加磁场中莫尔量子点中激子能级交叉的效应。我们证明了在塞曼能量远小于热能的条件下，非偏振光可以产生显著的层间激子动态谷极化。激子从核自旋涨落中获得角动量。在$n$型云纹量子点的典型实验参数下，非偏振光可以导致驻留电子完全谷极化。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Donor-driven spin relaxation in multi-valley semiconductors
我们提出了一个理论的自旋弛豫的电子由于散射的中心电池电位的杂质在硅中。考虑到导带的多通道性质和平移对称性的破坏，自旋翻转幅度由这种短程杂质散射主导，之后电子被转移到$k$空间中不同轴上的谷（所谓的$f$过程）。这些$f$ -过程在所有温度下主导自旋弛豫，其中在低温下散射离开杂质中心晶胞主导，并且在升高的温度下与$Σ$ -轴声子散射。据我们所知，该理论是第一个解释和精确量化的自旋弛豫杂质身份的依赖性。因此，新的形式填补了长期以来$n$型硅自旋弛豫理论的空白，它是有价值的硅基自旋电子器件的表征。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital hyperfine interaction and qubit dephasing in carbon nanotube quantum dots
超精细相互作用（HF）对于固态量子信息处理的功能性至关重要，因为它影响量子比特相干性并使核自旋量子存储器成为可能。在这项工作中，我们完成了理论的基本超精细相互作用机制（费米接触，偶极，轨道）在碳纳米管量子点通过提供一个理论描述的轨道HF。我们发现，轨道HF诱导的纳米管晶格的核自旋之间的相互作用和限制在量子点中的电子的谷自由度。我们表明，由此产生的核自旋-电子谷相互作用（i）是大约伊辛型，（ii）基本上是本地的，在这个意义上，可以定义一个半径和点长度无关的原子相互作用强度，和（iii）具有原子相互作用强度，这是相媲美的费米接触和偶极相互作用的组合强度。我们认为，轨道HF提供了一个新的退相干机制的单电子谷量子比特和自旋谷量子比特在一系列的多谷材料。我们明确评估相应的非均匀退相时间$T_2^*$的纳米管为基础的谷量子位。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall
