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
Electron spin resonance and spin-valley physics in a silicon double quantum dot
硅量子点是固态量子比特的主要方法。然而，由于硅的多谷特性，开发这项技术是复杂的。在这里，我们观察电子自旋共振下的硅CMOS为基础的双量子点中的单个电子的输运。当塞曼分裂和谷分裂重合时，观察到驱动点能级的反交叉。检测到的60 MHz的反交叉分裂被解释为自旋和谷混合的直接测量，促进自旋轨道相互作用中存在的非理想界面。提取了自旋退相时间的下限为63 ns。我们还描述了一个可能的实验证据的非常规自旋谷封锁，尽管假设的非理想的接口。这种对硅自旋谷物理学的理解应该能够在全CMOS硅方法中更好地控制和读出自旋量子位。
2014-08-04 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
All-electrical manipulation of silicon spin qubits with tunable spin-valley mixing
我们表明，硅量子位（qubit）中的自旋和谷自由度之间的混合可以通过作用在谷分裂$Δ$上的电场来控制。由于自旋-轨道耦合，量子位可以在自旋模式（其中量子信息被编码为自旋）和谷模式（其中量子信息被编码为谷）之间连续切换。在自旋模式下，量子比特在非弹性弛豫和退相干方面更鲁棒，但几乎不能电寻址。然而，它可以被带入谷模式，然后返回到自旋模式以进行电操纵。这为在硅上开发鲁棒的、可扩展的、电可寻址的自旋量子比特开辟了新的前景。我们说明了这一点与紧束缚模拟上的所谓的“角点”在绝缘体上硅器件的限制和谷分裂可以独立定制的前和背栅。
2018-02-13 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
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
Spin-valley lifetimes in a silicon quantum dot with tunable valley splitting
虽然硅是一种很有前途的量子计算材料，但导带最小值（谷）的简并性必须通过足够的分裂来提升，以确保形成定义明确且寿命长的自旋量子位。在这里，我们表明，谷分离可以通过静电门控制在金属氧化物半导体量子点，提供跨越0.3 - 0.8毫电子伏的分裂，准确地调谐。分裂随外加电场线性变化，其比例与原子紧束缚预测一致。我们演示了单次自旋读出和测量不同的谷配置和点占有率的自旋弛豫，发现一个电子的寿命超过2秒。由于谷态之间的自旋-轨道耦合，自旋弛豫通过声子发射发生，这是硅量子点以前没有预料到的过程。分析理论描述了弛豫速率的磁场依赖性，包括当塞曼分裂和谷分裂重合时存在显著的速率增强（或热点）。
2013-05-30 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
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
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 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
State Key Laboratory of Semiconductor Physics and Chip Technologies, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；School of Physics, Ningxia University（宁夏大学物理学院）
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
