Observation of long-lived spin order in nanoconfined water
CUNY–The City College of New York（纽约市立大学城市学院）；CUNY-Graduate Center（纽约市立大学研究生中心）；Department of Physics and Astronomy, The University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文系）；Photon Science Institute and National Graphene Institute, University of Manchester（曼彻斯特大学光子科学研究所和国家石墨烯研究所）；Quantum Innovation Centre, Agency for Science, Technology and Research（新加坡科技研究局量子创新中心）
本研究利用NV中心NMR光谱观测到5.6 nm通道中限域水的长寿命自旋有序，发现其质子共振偶发分裂为双峰，归因于激光引发的电荷复合物介导的超精细相互作用，揭示了限域水的特殊亚稳态。
2026-08-05 cond-mat.mes-hall
Anomalous Hall transport by optically injected isospin degree of freedom in Dirac semimetal thin film
该研究通过圆偏振光向三维狄拉克半金属Cd$_3$As$_2$注入同位旋自由度，利用太赫兹法拉第旋转光谱成功探测到光诱导的反常霍尔电导率，揭示了同位旋的长散射与衰减时间，为未来信息技术应用提供了前景。
2024-01-04 cond-mat.mes-hall
All-optical control of long-lived nuclear spins in rare-earth doped nanoparticles
纳米级系统为量子技术提供了关键能力，包括单量子位控制和读出、多量子位门操作、极其灵敏和局部化的传感和成像，以及构建混合量子系统的能力。为了充分利用这些功能，非常需要多个自由度：在这方面，相干耦合到光并拥有自旋的纳米级系统允许存储光子量子比特或光物质纠缠以及处理能力。此外，与直接RF激发相比，自旋的全光学控制可以用于更快的门操作和更高的空间选择性。因此，这样的系统对于量子通信和处理具有很高的兴趣。然而，一个突出的挑战是保持性能，特别是光学和自旋相干寿命，在纳米级。实际上，与表面相关的扰动的相互作用随着尺寸的减小而强烈增加，尽管最小的物体呈现出与其他系统集成的最高灵活性。在这里，我们展示了在稀土掺杂纳米颗粒中具有长相干寿命（T2）的光控核自旋。我们观察到的自旋回波和测量T2为2.9 +/- 0.3毫秒，在5 K和9 mT的磁场下，一个值可比的散装单晶体中获得的。此外，我们实现了，第一次，自旋T2扩展使用全光自旋动力学解耦和观察激发和回波相位之间的高保真度。因此，稀土掺杂纳米颗粒是唯一报道的纳米材料，其中已经观察到具有毫秒相干寿命的光控自旋。这些结果为在混合体系结构中提供具有长存储时间的量子光-原子-自旋界面开辟了道路。
2017-11-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Confinement of long-lived interlayer excitons in WS$_2$/WSe$_2$ heterostructures
层状材料中的层间激子是研究量子粒子间长程相互作用所引起的多体现象的一个新平台。在势能陷阱中定位单个层间激子的能力是在人工晶格中模拟哈伯德物理的关键一步。在这里，我们证明了空间定位的长寿命层间激子在一个强烈的限制陷阱阵列使用WS $_{2}$ /WSe $_{2}$异质结构的纳米图案衬底上。我们检测到长寿命的层间激子的寿命接近0.2毫秒，并表明，他们的限制结果在微秒范围内的寿命减少和更强的发射率与持续的光学选择规则。永久偶极矩、空间限制和长寿命的组合将层间激子置于满足在光学可分辨的陷阱晶格中观察长程动力学的要求之一的制度中。
2020-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Full coherent control of nuclear spins in an optically pumped single quantum dot
半导体量子点（QD）内的高度极化的核自旋诱导作用于电子自旋的高达几特斯拉或作用于空穴自旋的高达几百mT的有效磁场（Overhauser）。最近，这已被认为是一个资源的内在控制的量子点为基础的自旋量子位。然而，只能使用静态的长寿命Overhauser字段。在这里，我们演示了快速重定向微秒的时间尺度上的Overhauser场的顺序为0.5 T经历的单电子自旋在光泵GaAs量子点。这是通过短射频（rf）脉冲序列对10^3-10^4个光学极化核自旋的系综进行完全相干控制而实现的。这些结果开辟了一条道路，一类新的实验使用射频技术，以实现量子点中的高度相关的核自旋，如绝热退磁的旋转框架，导致亚微米K核自旋温度，快速绝热通道，和自旋压缩。
2011-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient and long-lived Zeeman-sublevel atomic population storage in an erbium-doped glass fiber
掺杂到固体中的稀土离子的光泵能级中的长寿命布居存储，被称为持续光谱烧孔，具有重要的基础和技术兴趣。然而，几十年来，在稀土离子掺杂的非晶基质（例如玻璃）中证明深而持久的空穴仍然是一个开放的挑战-这一事实促使我们更好地理解玻璃中杂质和振动模式之间的相互作用。在这里，我们报告的第一个观察和详细的特性，这样的孔在掺铒石英玻璃光纤冷却到低于1 K。我们证明了在铒基态的电子塞曼子能级中的布居存储，其寿命可达30秒，自旋极化率为80%。除了它的基本方面，我们的研究揭示了一个潜在的技术应用稀土离子掺杂的非晶材料，包括在电信波长。
2016-01-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Few-electron spin qubits in optically active GaAs quantum dots
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Masaryk University（马萨里克大学）；Czech Metrology Institute（捷克计量研究所）；Johannes Kepler University Linz（林茨约翰·开普勒大学）；University of Sussex（萨塞克斯大学）
本研究提出以核自旋为非侵入式探针的自旋电流光谱技术，在低应变GaAs/AlGaAs外延量子点中实现近平衡探测，揭示了至多7个电子的能谱与多电子态特性，为光学活性量子点开辟少电子态新工作机制，可用于基础物理研究与高性能自旋量子比特研发。
2025-04-27 cond-mat.mes-hall
Optically Excited Two-Band Amplified Spontaneous Emission from a High-Current-Density Quantum-Dot LED
基于溶液可加工材料的激光二极管可使包括集成电子和光子学、电信和医疗诊断在内的多种技术受益。用于实现这些器件的有吸引力的系统是胶体半导体量子点（QD）。阻碍量子点激光二极管（QLD）进展的主要挑战是光增益活性多载流子态的快速非辐射俄歇衰减。最近，这个问题已经通过采用连续分级的QD（cg-QD）得到解决，其中俄歇复合被强烈抑制。这些结构的使用允许在多层LED类器件中演示具有电泵浦和光激发激光的光学增益。在这里，我们报告实现下一个关键的里程碑QLD，这是从一个功能齐全的高电流密度电致发光器件的光激发放大自发发射的演示。这种进步已经成为可能，由于优良的光学增益特性的新型“紧凑型”CG-QD和一种新的LED架构，这使得其光学和电学性能的协调优化。这项工作的结果强烈建议的可行性的最后一步的功能QLD，这是演示激光与电泵浦。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Observation of Long-Lived Interlayer Excitons in Monolayer MoSe2-WSe2 Heterostructures
二维（2D）材料，如石墨烯1，氮化硼2和过渡金属二硫属化物（TMD）3-5，在原子单层极限下引发了器件物理和技术应用的广泛兴趣。这些2D单层可以通过精确控制堆叠在一起，以形成新功能的新型范德华异质结构2，6-9。一种高度令人垂涎但尚未实现的异质结构是具有II型能带结构的不同单层TMD 10 -12。它们的应用潜力取决于键合单层的制造、理解和控制，其中束缚电子和空穴位于单个单层中，即层间激子。在这里，我们报告的第一个观察层间激子单层MoSe 2-WSe 2异质结构的光致发光和光致发光激发光谱。层间激子的能量和发光强度是高度可调的所施加的垂直栅极电压，这意味着异质结带排列的电控制。使用时间分辨的光致发光，我们发现层间激子是长寿命的，寿命约为1.8 ns，比层内激子长一个数量级13 -16。我们的工作证明了光泵层间电极化的强度的能力，并引发立即探索层间激子的凝聚现象，以及在2D发光二极管，激光器和光伏器件的新应用。
2014-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A diamond nanophotonic interface with an optically accessible deterministic electronuclear spin register
本文提出一种光纤封装的金刚石纳米光子接口，利用锡空位色心与$^{117}$Sn核自旋实现高保真光学核自旋初始化与读出，并在无磁场下展示自旋门控单光子非线性，为可扩展量子网络提供多功能量子节点。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived populations of momentum- and spin-indirect excitons in monolayer WSe$_2$
过渡金属二硫属化合物单层膜是研究激子配合物多体相互作用的一个很有前途的平台。在单层二硒化钨中，基态激子是暗的（自旋间接），并且谷简并允许低能量暗动量间接激子形成。暗激子物种和光学可及的亮激子（X）之间的相互作用可能在确定X在高功率下的光学性质以及限制可以实现的最终激子密度方面发挥重要作用，但迄今为止对这些相互作用知之甚少。在这里，我们证明了长寿命的密集人口的动量间接谷间（$X_K$）和自旋间接谷内（D）暗激子的时间分辨光致发光测量（Tr-PL）。我们的研究结果揭示了一个有效的态间转换之间的X到D激子通过自旋翻转过程和一个之间的D和$X_K$激子的交换相互作用介导的（D + D到$X_K$ + $X_K$）。此外，我们还观察到由于$X_K$激子的强激子屏蔽，X激子的持续红移，其响应时间在亚ns的时间尺度内，揭示了非平凡的态间激子-激子相互作用。我们的研究结果提供了一个新的洞察亮和暗激子之间的相互作用，并指出一种可能性，采用暗激子研究激子凝聚和valleytronics。
2020-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nature of long-lived moiré interlayer excitons in electrically tunable MoS$_{2}$/MoSe$_{2}$ heterobilayers
本文研究了MoS$_{2}$/MoSe$_{2}$异质双层中长寿命莫尔层间激子的本质，发现莫尔超晶格导致谷依赖光学选择定则反转，并使激子在微秒级寿命中保持谷极化，为研究玻色子相互作用和开发激子电路提供了平台。
2024-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic generation of spin spirals of moiré trapped carriers via exciton mediated spin interactions
叠层过渡金属二硫属化物（TMD）形成莫尔超晶格为探索莫尔俘获载流子的多体关联现象提供了令人兴奋的机会。另一方面，TMDs双层中存在长寿命的层间激子（IX），这是一种具有长自旋谷寿命的基本激发，可以通过光学或电学注入。在这里，我们发现，通过移动IX和载流子之间的库仑交换，IX浴可以介导海森堡和Dzyaloshinskiii-Moriya型的摩尔陷阱载流子之间的自旋相互作用，分别由激子密度和激子自旋电流控制。我们表明，强海森堡相互作用，和非常长的范围Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在这里可以共同建立强大的自旋螺旋磁秩序Mott-Wigner晶体状态在各种填充因子，螺旋方向控制的激子电流。
2022-12-08 cond-mat.mes-hall
Coherent coupling of dark and bright excitons with vibrational strain
在许多物理系统中，存在被称为暗态的特定电子状态，它们被保护免受系统对称性所施加的快速辐射衰变的影响。虽然它们的长寿命性质表明它们在量子信息和自旋电子学应用中的潜力，但它们的高稳定性是以光学可达性为代价的。通过使用磁场和电场来打破对称性已经被用来混合暗态和亮态，从而使它们具有光学活性，但是高频和片上操作仍有待开发。在这里，我们证明了应变诱导的相干耦合的暗和亮激子态的GaAs机械谐振器。平面内的单轴应变破坏了晶体的旋转对称性，使得暗态在没有任何外部场的情况下可以被光学访问。这种暗-亮耦合是由局部应变分布定制的，这使得相干自旋操作能够在千兆赫范围内进行，并为片上激子量子存储器和电路开辟了道路。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dynamical metastability and transient topological magnons in interacting driven-dissipative magnetic systems
Boston College（波士顿学院）；Dartmouth College（达特茅斯学院）
研究通过非线性相互作用模型探索动态不稳定性，揭示拓扑磁子与长寿命边态的非线性现象，为磁子设备提供理论支持。
2026-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine spectroscopy and fast, all-optical arbitrary state initialization and readout of a single, ten-level ${}^{73}$Ge vacancy nuclear spin qudit in diamond
本研究实现了对金刚石中单个十能级 ${}^73$Ge 空位核自旋 qudit 的超精细结构观测、核自旋读出，并在微秒尺度上以高达约 84% 的保真度实现了任意态的光控初始化，
2024-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resonant photoluminescence and dynamics of a hybrid Mn-hole spin in a positively charged magnetic quantum dot
我们分析，通过共振光致发光，一个单独的磁性原子（锰）耦合到一个半导体量子点中的孔的自旋动力学。CdTe/ZnTe量子点中的混合Mn-空穴自旋和带正电荷的激子形成了可以光学寻址的$Λ$系统的系综。利用共振光致发光的自相关和共振光抽运实验研究了该多级自旋系统中的自旋弛豫通道。我们确定的混合Mn空穴自旋的Mn空穴交换相互作用和耦合到声学声子的相互作用驱动的一个有效的弛豫通道。我们还表明，光学$Λ$系统连接通过低效的自旋翻转比可以增强弱横向磁场。用完全速率方程模型很好地描述了p掺杂磁性量子点的共振光致发光动力学。我们的结果表明，在具有大的重空穴/轻空穴分裂的量子点系统中，可以获得长寿命的Mn-空穴杂化自旋.
2017-05-17 cond-mat.mes-hall
On-demand confinement of semiconductor excitons by all-optical control
在凝聚态物理中，通过建立对冷却和捕获技术的彻底控制，原子系统已经取得了显着的进展。在半导体中，这种方法也可以提供一种确定性的方法来实现利用激子气体的集体量子现象的长期目标。虽然长寿命激子简单地使用低温装置冷却到非常低的温度，但工程限制势一直是一项具有挑战性的任务。这种程度的控制是最近才实现的高要求的纳米制造工艺实现的设备。在这里，我们展示了这种技术的替代方案，并显示如何适当的光激发允许在原位操纵激子传输。我们的方法是基于光控制的注入和空间图案的电荷被困在一个场效应器件。因此，产生了电场梯度，并实现了激子偶极子的微观陷阱或反陷阱。因此，任何限制几何形状都可以通过成形激光激发的空间轮廓来实现。因此，我们成功地捕获激子气体的密度范围内的量子相关性预测在我们非常低的浴温度。
2012-02-15 cond-mat.mes-hall
Emerging Photoluminescence from the Dark-Exciton Phonon Replica in Monolayer WSe2
基于钨的单层过渡金属二硫属化物具有长寿命的暗激子，即处于自旋三重态构型的电子-空穴对。暗激子的长寿命和独特的自旋性质为探索电偶极跃迁以外的光-物质相互作用提供了令人兴奋的机会。在这里，我们证明了暗激子和光学沉默的手征声子的耦合，使暗激子副本在单层WSe 2的固有光致发光。依赖于门和磁场的PL测量揭示了位于暗激子下方21.6 meV的圆极化复制峰，等于来自Se振动的E”声子能量。第一性原理计算表明，激子-声子相互作用选择性地将自旋禁止的暗激子耦合到谷内自旋允许的亮激子上，从而使手征声子和圆偏振光子同时发射.我们对声子复制的发现和理解揭示了声子和光子的手性决定的发射通道，揭示了操纵谷自旋的新途径。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall
Identification of acoustically induced spin resonances of Si vacancy centers in 4H-SiC
本文利用表面声波的动态应变克服了4H-SiC中V1硅空位中心低温以上自旋控制的限制，实现了直至室温的磁共振激发，并证实其源于激发态自旋子能级跃迁，为自旋光力学量子技术开辟新途径。
2023-08-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
A photonic platform for donor spin qubits in silicon
对于即将到来的固态量子技术来说，硅-28中的施主杂质自旋是极具竞争力的量子比特，但对于多量子比特设备来说，一个经过验证的可扩展策略仍然明显缺乏。这些CMOS兼容的、原子上相同的量子位提供了显著的优势，包括3小时相干性（$T_2$）寿命，以及在$\sim\!99.9\%$附近的同时量子位初始化、操纵和读出能力。这些性质满足了许多现代量子纠错协议的要求，这些协议对于构建大规模通用量子技术至关重要。然而，一种可靠地耦合空间分离的量子位的方法，其关键是不牺牲量子位质量并且对制造缺陷具有鲁棒性，尚未被确定。在这里，我们提出了这样一个平台的施主量子位在硅中，通过利用光学可访问的“深”硫族施主。我们发现，这些捐助者发出高度均匀的光，可以光学初始化，并提供长寿命的自旋量子位基态，而不需要毫开尔文温度。这些组合性质使得硫族元素供体独特地适合于并入硅光子架构中以用于单激发单量子位读出以及用于多量子位耦合。这为硅基量子计算、自旋到光子转换、光子存储器、硅集成触发单光子源和全光硅开关打开了清晰的道路。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Acoustic Control of a Single Silicon Vacancy Spin in Diamond
声子被认为是通用的量子换能器，因为它们能够耦合到各种各样的量子系统。在这些系统中，已知固态点缺陷自旋是长寿命的光学可访问量子存储器。最近，研究表明，金刚石中的反转对称缺陷，如带负电荷的硅空位中心（SiV），具有对应变高度敏感的自旋量子位。在这里，我们利用这种应变响应来实现单个SiV自旋的相干和低功率声学控制，并执行单个自旋的声学驱动拉姆齐干涉测量。我们的研究结果表明，这些系统的自旋控制的一种新的和有效的方法，提供了一个强大的自旋-声子耦合和声子介导的混合量子系统的路径。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Metastable Photo-Induced Superconductivity far above $T_{\textrm{c}}$
本文针对 K3C60 中远高于 Tc 的亚稳态光致超导现象，提出光驱动声子热力学俘获和超导能隙动力学瓶颈两种微观机制，并给出可区分二者的实验判据。
2024-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Unveiling valley lifetimes of free charge carriers in monolayer WSe$_2$
我们报告纳秒长，栅极依赖的谷寿命的自由载流子在单层WSe $_2$，明确确定的时间分辨克尔旋转和电输运测量相结合。当将费米能级调谐到导带或价带中时，虽然谷极化增加，但存在与电子-声子和自旋-轨道散射一致的相应谷寿命的强烈减小。最长的寿命被认为是自旋极化束缚激子在带隙区域。我们解释我们的研究结果通过两个不同的，费米能级依赖的散射通道的光激发，谷极化亮trions通过暗态或束缚态。通过静电门控，我们证明了过渡金属二硫属化物WSe $_2$可以被调谐为长寿命局域自旋态的理想宿主或允许自由载流子的纳秒谷寿命（> 10 ns）。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature quantum entanglement in a van der Waals material
本研究在六方氮化硼中实现可光学寻址电子自旋与强耦合$^{13}$C核自旋的室温纠缠，获得0.89保真度Bell态，并利用核自旋量子存储增强交流磁场传感。
2025-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Quantum Photonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Diamond
量子网络的实现关键取决于建立有效的、相干的光-物质界面。金刚石中的光学活性自旋已经成为基于其自旋选择性光学跃迁、长寿命自旋基态以及与纳米光子学集成的潜力的有前途的量子节点。金刚石中的锡空位（SnV $^{\,\textrm{-}}$）中心特别令人感兴趣，因为它们在纳米结构中表现出窄线宽发射，并且在高于1 K的温度下具有长的自旋相干时间。然而，SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的纳米光子接口尚未实现。在这里，我们报告腔增强发射的SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石。我们将SnV $^{\,\textrm{-}}$中心集成到一维光子晶体谐振器中，并观察到发射强度增加了40倍。耦合系统的Purcell因子为25，导致大部分光子（$90\%$）进入腔模。我们的研究结果铺平了道路的基础上SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石有效的，可扩展的自旋光子接口的创建。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
