Spintronics and Quantum Computing: Switching Mechanisms for Qubits
量子计算和量子通信是纳米结构中自旋的相干操纵所产生的新信息处理技术的显著例子。我们回顾了我们的理论建议，使用电子自旋量子限制纳米结构作为量子比特。我们提出了单和两个量子比特门机制在横向以及垂直耦合的量子点，并讨论了可能性耦合自旋量子点通过交换或超交换。此外，我们提出了一种新的驻波开关，它允许执行量子操作的量子点或自旋1/2分子放置在一个1D或2D晶格。
2000-10-26 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque driven chiral magnetization reversal in ultrathin nanostructures
我们表明，自旋-轨道力矩诱导的磁化翻转在纳米磁体呈现Dzyaloshinskiii-Moriya（Dzyaloshinskiii-Moriya）相互作用是由在边缘的手性域成核。形核是由外加面内磁场和畴壁扩展引起的。我们的微磁模拟表明，直流开关电流可以被定义为边缘成核电流，它强烈地减少与振幅的增加的双稳。这种描述使我们能够建立一个简单的分析模型，定量预测开关电流。我们发现，域成核发生下降到15 nm的横向尺寸，定义的长度尺度的反转机制，超过该反转机制接近宏观自旋行为。开关是确定性的和双极性的。
2015-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of molecular nanostructures
我们利用共振隧穿的概念来计算分子纳米系统的热电势。事实证明，在共振隧穿条件下的热电压的符号敏感地依赖于参与的分子轨道，并且当传输通道从最高占据分子轨道切换到最低未占据分子轨道时，发现符号变化。将我们的结果与最近获得的BDT分子与STM针尖接触的实验数据进行比较，我们观察到良好的一致性。
2011-09-02 cond-mat.mes-hall
Monitoring superparamagnetic Langevin behavior of individual ${\rm SrRuO_3}$ nanostructures
在200 nm $\times$-200 nm的巡游铁磁体${\rm SrRuO_3}$的数量级上的图案化纳米结构引起低于居里温度（${\rm \sim 150 \ K}$）的超顺磁性行为，直到样品依赖的阻断温度。我们监测的超顺磁性波动的一个单独的体积，并证明了场的时间平均磁化强度的依赖性是很好地描述的朗之万方程。另一方面，波动的速率表明磁化波动的体积小了一个数量级以上。我们建议，通过成核，然后传播切换引起朗之万行为的总体积，而切换率是由一个小得多的成核体积。
2014-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tilted chiral spin textures in confined nanostructures with in-plane magnetic anisotropy
本研究通过微磁学模拟发现，纳米受限效应与面内磁各向异性可在磁性纳米结构中诱导倾斜手性自旋织构，实现拓扑态的磁场调控，为自旋纳米器件开发提供新方向。
2025-01-08 cond-mat.mes-hall
Estimation of spin relaxation lengths in spin valves of In and In2O3 nanostructures
我们报道了横向铁磁-非磁-铁磁自旋阀器件中自旋极化电流的电注入和检测，铁磁是钴，非磁是铟（In）或氧化铟（In 2 O3）纳米结构。通过在光刻预图案化结构上沉积纯In来生长In纳米结构。通过氧化In纳米结构得到In 2 O3纳米结构。自旋阀器件是通过两步电子束光刻在纳米结构上沉积微磁体来制造的。在10 K下测量的两种类型的自旋阀器件中观察到明显的自旋开关行为。根据测量的自旋信号，估算出In和In 2 O3纳米结构的自旋弛豫长度（λN）分别为449.6nm和788.6nm。
2016-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Field Controlled Surface Localization of Spin-Wave Ferromagnetic Resonance Modes in 3D Nanostructures
该研究通过微磁学模拟证明，三维纳米结构的几何特征（如木堆状和螺旋二十四面体）能控制自旋波铁磁共振模式的表面局域化，并可通过磁场方向实现动态切换，为三维磁子学提供了新方法。
2024-08-07 cond-mat.mes-hall
Single-electron Transport in Graphene-like Nanostructures
二维（2D）材料由于其多样的能带结构和严格的二维性质在过去十年中引起了相当大的关注。石墨烯由于其弱的自旋轨道和超精细相互作用而成为自旋电子学的一种强大材料，而单层过渡金属二硫属化物（TMD）具有类似塞曼效应的带分裂，其中自旋和谷自由度是非简并的。拓扑绝缘体（TI）的表面态表现出自旋-动量锁定，这开启了在没有外部磁场的情况下控制自旋自由度的可能性。由这些材料制成的纳米结构也可用于涉及单个电荷和自旋量子的叠加和纠缠的量子计算应用中。在这篇文章中，我们回顾了一个选择的运输研究解决的限制和操纵的纳米结构制造的各种二维材料的电荷。我们首先介绍2D块体材料的基本性质，然后介绍与纳米结构物理学相关的理论背景，为该领域提供入门级知识。随后，在这一领域的实验发展的历史回顾，从早期的演示的石墨烯纳米器件在二氧化硅衬底上的最近的进展，利用六方氮化硼，以减少基板的障碍。在本文的第二部分中，我们将讨论扩展到TMD和TI纳米结构。我们的目标是概述当前的挑战，并建议未来的工作将如何面向在2D材料中开发自旋量子位。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall
A semiconductor exciton memory cell based on a single quantum nanostructure
我们展示了激子存储在一个单一的纳米结构，一个自组装的量子后。在产生之后，形成激子的电子和空穴被朝向量子柱的相对端的电场分离，从而抑制它们的辐射复合。在限定的时间之后，这种空间间接激子通过切换电场而重新转换成光学活性的直接激子。存储激子的发射光被检测到在一个单一的纳米结构的限制和存储时间超过30毫秒被证明。我们确定了一个缓慢的隧道的电子出量子后作为主要的损失机制，通过比较场依赖的时间衰减的存储信号模型，这个过程和辐射损失。
2008-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-filtering and charge- and spin-switching effects in a quantum wire with periodically attached stubs
利用非平衡格林函数方法结合Landauer-Buttiker方法研究了Rashba自旋轨道相互作用（SOI）下周期性截断量子线中自旋相关的电子输运.在所考虑的系统中，自旋过滤，电荷和自旋开关共存。通过分析短截量子线中的总电荷密度和自旋极化密度分布，揭示了这些输运性质的机理。此外，由于电荷密度岛与Rashba SOI诱导的有效磁场之间的相互作用，在短柱内部还发现了具有高极化的周期性自旋密度岛。所提出的纳米结构可用于设计全电多功能自旋电子器件。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall
Quantitative comparison of magnon transport experiments in three-terminal YIG/Pt nanostructures acquired via dc and ac detection techniques
纯自旋电流的全电产生和检测是控制磁有序绝缘体中扩散磁振子输运的一种很有前途的方法。我们定量地比较了两种测量方案，这允许测量的磁振子自旋输运的三端设备的基础上的钇铁石榴石薄膜。我们证明了基于电流反转技术的直流充电电流方法和利用一次和二次谐波锁定检测的交流充电电流方法都可以有效地区分电注入和热注入磁振子。此外，这两种测量方案允许调查的调制磁振子运输所引起的一个额外的直流充电电流施加到中心调制器条。然而，虽然在低调制器充电电流这两种方案产生相同的结果，我们发现明确的差异高于一定的阈值电流。这种差异源于调制器电流对磁振子电导的非线性效应。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall
Colloidal Quantum Nanostructures: Emerging Materials for Display Applications
胶体半导体纳米晶体（SCNC）或更广泛地说，胶体量子纳米结构构成了研究尺寸和维度效应的杰出模型系统。它们的纳米尺度导致量子限制效应，使其光学和电子特性的调谐。因此，具有窄光致发光光谱、宽吸收光谱和出色的光稳定性的发射颜色控制，与通过控制其表面化学的化学可加工性相结合，导致SCNC作为当前和下一代显示器的出色材料的出现。在这篇综述中，我们介绍了SCNCs的基本化学和物理性质，然后描述了不同胶体量子纳米结构用于显示应用的优势。公开的挑战，就其光学活性的解决。描述了利用SCNC的光致发光和电致发光显示场景。
2019-12-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electronic transitions in quantum dots and rings induced by inhomogeneous off-centered light beams
我们从理论上研究了具有（扭曲光）和不具有（平面波光）轨道角动量的非均匀光束对基于光子晶体的纳米结构的影响，当光束和纳米结构的对称轴相互平行时。精确的分析结果是通过扩大偏心光场在适当的光模式围绕纳米结构为中心。我们演示了如何电子跃迁涉及的轨道角动量的不同数量的转移被打开和关闭的光束和系统的轴之间的分离的函数。特别是，我们表明，即使偏离中心的平面波光束诱导的过渡，使初始和最终状态的角动量是不同的。
2013-09-12 cond-mat.mes-hall
Field-free Magnetization Switching by Utilizing the Spin Hall Effect and Interlayer Exchange Coupling of Iridium
通过自旋霍尔效应的自旋轨道矩（SOT）的磁化切换代表了用于磁阻随机存取存储器（MRAM）的自旋转移矩（STT）的磁化切换的竞争性替代方案，因为其不需要高密度电流通过隧道结。然而，对于垂直MRAM，自由层的SOT驱动切换需要外部面内场，这对实际应用中的可行性造成限制。在这里，我们展示了无场磁化切换的垂直磁铁，通过利用铱（Ir）层。Ir层不仅通过自旋霍尔效应提供SOT，而且还诱导与面内磁性层的层间交换耦合，这消除了对外部场的需要。Ir层的这种双重功能允许将来构建用于存储器和逻辑应用的磁阻堆叠。实验观察表明，SOT驱动的无场磁化反转的特点是畴形核和扩展。进行微磁建模，以提供在面内交换耦合场的存在下的垂直磁化反转过程的深入理解。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronics with a Weyl point in superconducting nanostructures
我们调查运输超导纳米结构住房的外尔点的Andreev束缚态的光谱。在该点附近实现最小磁体状态。一个或多个普通金属引线隧道耦合到纳米结构。我们已经表明，这种最小的磁性设置是适合于实现所有共同的目标的自旋电子学：检测的磁性状态，电流到自旋电流的转换，潜在地达到一个自旋的绝对极限，每个电荷转移，检测自旋积累的铅。该装置的特点和可能的优点是能够通过控制参数的微小变化在磁性和非磁性状态之间切换：超导相位差。我们采用这种属性，以证明不太常见的自旋电子效应的可行性：按需自旋和替代自旋电流。
2020-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Current-induced two-level fluctuations in pseudo spin-valves (Co/Cu/Co) nanostructures
在室温下，10^7 A/cm ^2的自旋极化电流可以触发嵌入电沉积纳米线（直径约40 nm，长度6000 nm）中的伪自旋阀柱Co（10 nm）/Cu（10 nm）/Co（30 nm）的磁化状态的两级波动。在平行和反平行磁化状态的停留时间的统计特性揭示了两种效果与定性不同的依赖于电流强度。电流似乎具有确定为均衡这些时间所需的偏置场的场的效果。当电流极性反转时，偏置场改变符号。在这个电场中，10^7 A/cm ^2的电流密度的作用是将开关的平均时间降低到微秒范围。这种效应与电流的符号无关，并且可以用磁化的有效温度来解释。
2003-11-11 cond-mat.mes-hall
Field-effect-induced two-dimensional electron gas utilizing modulation doping for improved ohmic contacts
调制掺杂的AlGaAs/GaAs异质结构被广泛用于纳米结构中量子输运的研究，但与远程电离掺杂剂相关的电荷波动经常产生有害影响。如果能够克服某些挑战，则电场诱导的载波系统提供了有吸引力的替代方案。我们展示了一种场效应晶体管，其中有源沟道局部没有调制掺杂，但硅掺杂剂原子保留在欧姆接触区，以促进可靠的低电阻接触。高质量的二维电子气是由场效应引起的，并且在很宽的密度范围内是可调的。器件的设计，制造，和低温（T= 0.3K）运输数据的报告。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall
Single Spin Localization and Manipulation in Graphene Open-Shell Nanostructures
预测表明，石墨烯可以从其$π$ -电子的库仑排斥中自发地产生磁性，但其实验验证一直是一个挑战。在这里，我们报告的观察和操纵的个别磁矩本地化的石墨烯纳米结构上的Au（111）表面。使用扫描隧道光谱，我们检测到的存在下，通过近藤效应的碳骨架的某些锯齿形网站本地化的单电子自旋。两个附近的自旋被发现耦合到一个单重态基态，和他们的交换相互作用的强度通过单重态-三重态非弹性隧道电子激发测量。理论模拟表明，电子关联导致自旋极化自由基态的实验观察到的空间分布。与这些自由基结合的氢原子会淬灭它们的磁矩，这使得我们能够用显微镜的尖端来切换纳米结构的自旋。
2018-08-22 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Ultrafast nanoscale magnetic switching via intense picosecond electron bunches
与皮秒强电子脉冲相关的磁场被示出为局部切换扩展膜和纳米结构的磁化强度，并点燃局部自旋波激发。此外，拓扑保护的磁性纹理，如skyrmions可以迅速印在样品与残留的Dzyaloshinskiii-Moriya自旋轨道耦合。所产生的激发的特性，例如拓扑电荷或磁振子谱的宽度，可以通过电子脉冲的持续时间和强度来控制。这项研究指出了一种可能的方式时空控制产生的磁和skyrmionic激发。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Switching of a Quantum Dot Spin Valve by Single Molecule Magnets
我们从理论上探讨了自旋输运的纳米结构组成的金量子点桥接电极和两个Mn 12-Ph单分子磁铁（SMM）的硫醇键合的点，但不直接接触的电极。我们发现，通过施加磁场使任一SMM的磁矩反转导致点的电阻的大的变化，即，强自旋阀效应。我们表明，这种现象产生于一个新的物理原理：自旋相关的分子轨道，延伸到点和两个SMM急剧变化时，任何SMM的磁矩是逆转的，导致通过这些轨道的传导的大的变化。相同的物理学也可能是最近由Urdampilleta、Klyatskaya、Cleuziou、Ruben和Wernsdorfer [Nature Mater. 10，502506（2011）]
2013-03-08 cond-mat.mes-hall
Cooperative effect of electrons spin polarization in a hybrid nanostructure of a magnetic thin film with adsorbed chiral molecules studied with non-spin-polarized scanning tunneling microscopy
具有α-螺旋构象的聚丙氨酸分子（PA）由于电子在手性骨架中的传输伴随着电子的自旋极化而引起了人们的兴趣。利用扫描隧道显微镜和扫描隧道光谱研究了PA分子在具有垂直各向异性的外延磁性Al 2 O3/Pt/Au/Co/Au纳米结构表面的吸附。因此，PA分子之间的相关性，在表面处的排序与电子隧穿作为基板的磁化方向的函数，以及覆盖密度和螺旋度的混合系统进行了观察。最高的自旋极化值，P，被发现为有序的自组装单分子膜，并与一个定义的化学耦合的分子的磁性基板表面，表明电流诱导的自旋选择性是一个合作的效果。因此，与从占据分子轨道导出的值相比，从沿着螺旋分子的未占据分子轨道的电子传输导出的P更大。显然，更大的轨道重叠导致更高的电子迁移率，从而产生更高的P值。通过改变Co层的磁化方向，证明了非自旋极化STM可用于研究亚分子分辨率的手性分子，探测埋磁层的性质，以及从这种混合结构的磁阻变化中探测分子的自旋极化。
2022-02-15 cond-mat.mes-hall
Spin dynamics in a Curie-switch
研究了F $_1$ /f/F $_2$ /AF多层膜的铁磁共振特性，其中弱铁磁间隔层f夹在强铁磁层F $_1$和F $_2$之间，F $_1$是软磁层，F $_2$是硬磁层，这是由于交换钉扎到反铁磁层AF上。间隔介导的交换耦合被示出强烈影响F $_1$和F $_2$层的共振场。我们的理论计算以及测量结果表明，控制F $_1$ /f/F $_2$ /AF中铁磁共振的间隔物的关键磁性参数是磁交换长度（$Λ$）、$T=0$处的有效饱和磁化强度$(m_0)$和有效居里温度（$T_{\text{C}}^{\text{eff}}$）。这些关键参数的值是从具有f = Ni $_x$ Cu $_{100-x}$的多层膜的实验数据推导出的，对于Ni浓度（$x=54\div70$ at. %）和间隔物厚度（$d=3÷6$ nm）。所获得的结果提供了一个更深入的了解热控制的自旋旋进和开关的磁性纳米结构，在自旋为基础的振荡器和存储设备的潜在应用。
2015-06-09 cond-mat.mes-hall
Stroboscopic wave packet description of time-dependent currents through ring-shaped nanostructures
我们提出了一种新的方法，通过纳米结的时间依赖性电流的显式模拟的实现。该方法基于频闪波包状态的幺正传播，设计用于处理具有波动电子数的开放系统，同时在整个无限系统中保持完整的量子相干性。我们证明了该方法的性能上的一个模型系统组成的环形纳米结与两个半无限紧密结合的铅。计算了几种环结构和环-引线耦合参数下电子电流随时间变化对突然偏置导通或栅电位切换的响应。所发现的载流定态与Landauer公式的预测吻合得很好。作为真正的时间依赖性过程的例子，我们探讨了存在的环中的循环电流在瞬态制度和时间依赖性的栅极电位的影响。
2014-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Quantum Confinement in Semiconducting van der Waals Heterostructure
半导体纳米结构中载流子的空间限制和操纵是实现量子电子器件的关键。由二维（2D）半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）制成的门限定纳米结构由于带边缘附近的受限载流子的谷自旋锁定而具有增加对量子自由度的独特额外控制的潜力。然而，由于普遍的不均匀性在导电通道，它一直难以实现量子限制在二维TMDC与良好控制的隧道耦合强度。在这里，我们证明了量子输运在横向栅极定义的二维电子量子点形成在原子薄TMDC异质结构。利用微制造的局部接触栅，在2D封装和光照在低温下，我们表明，TMDC 2D电子气（2DEG）的质量可以得到改善，使它们适合介观量子输运测量。我们观察到量子点接触（QPC）通道的量子化电导控制的栅极可调限制。我们还证明了单电子输运在TMDC量子点（QD）与可调隧道耦合。我们的观察为工程TMDC纳米结构中的自旋和谷自由度的量子操纵提供了希望，从而实现了多功能的2D量子电子器件。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall
Polarized excitons in nanorings and the `optical' Aharonov-Bohm effect
物质的量子本质在于粒子沿其轨道运动时积累的波函数相位。一个突出的例子是Aharonov-Bohm相，它已经被研究与纳米结构的电导。然而，固体中的光学响应是由中性激发决定的，因此预期对磁通量不敏感。我们提出了一个新的机制的拓扑相的中性粒子，极化激子限制在半导体量子环。我们预测，这种磁场诱导的阶段可能会强烈影响激子在一个系统中的圆柱对称性，导致在“亮”激子基态和新的“暗”状态之间切换，几乎无限的寿命。由于激子决定了半导体的光学响应，因此预测的相位可以用于定制量子纳米结构的光子发射。
2002-07-12 cond-mat.mes-hall
Resonance fluorescence beyond the dipole approximation of a quantum dot in a plasmonic nanostructure
量子点（QD）的介观特性打破了偶极近似（DA），为光-物质相互作用的调控提供了新的维度[M. L. Andersen等人，7，215（2011）]。在这里，我们调查的功率谱和二阶相关性质的荧光从共振驱动量子点放置在一个平面金属。结果表明，由于量子点的空间延伸和金属附近的触发表面等离子体激元的剧烈变化，荧光有一个显着的贡献，从四极矩。在DA作用下，量子点取向荧光的π旋转对称性被破坏。通过控制量子点的取向和四极矩，可以使光谱在Mollow三重态和单峰之间切换，并且可以使以二阶关联函数中的反聚束为特征的荧光从弱辐射区变为强辐射区。我们的研究结果对于利用这种独特的介观效应来开发纳米光子器件具有指导意义。
2016-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin transfer torque devices utilizing the giant spin Hall effect of tungsten
本文报道了β-W薄膜中的巨自旋霍尔效应。利用自旋矩诱导的β-W/CoFeB双层微带铁磁共振，我们确定了自旋霍尔角为|θ| =0.30 \pm 0.02，大到足以使面内电流有效地反转与薄β-W层相邻的纳米级磁性隧道结的面内磁化CoFeB自由层的取向。根据用这种三端器件获得的开关数据，我们独立地确定|θ| =0.33 \pm 0.06。我们还报告了自旋霍尔开关效率的变化与W层的不同折射率，因此可变（α和β）相组成。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetophotonic waveguide nanostructure for selective ultrafast optical excitation of high-K spin dynamics
针对光磁学中衍射极限限制自旋波波长的瓶颈，提出利用磁光子光栅产生亚衍射尺度逆法拉第效应分布的方法，实验实现300nm短自旋波激发，为光磁应用开辟新方向。
2024-08-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Layer specific observation of slow thermal equilibration in ultrathin metallic nanostructures by femtosecond x-ray diffraction
纳米金属多层膜中的超快热输运在光致退磁、再磁化和开关方面具有重要意义。利用超快X射线衍射（UXRD）研究了金（Au）/铁磁镍（Ni）双层体系的结构响应和能流。光的穿透深度超过双层厚度，从而阻止来自光学探针的明确的层特异性信息。即使激发脉冲是从金侧入射，我们观察到一个非常迅速的加热的镍晶格，而金晶格最初仍然是冷的;随后的热传递从镍到金晶格被发现是两个数量级慢于预测的传统的热方程和远低于电子-声子耦合时间在金。这两个观测结果都与激发波长无关，尽管对于相同的能量密度，400 nm光激发Au中的电子是800 nm光的十倍。简单模型计算表明，Ni和Au中电子比热的不同以及电子-声子耦合的不同迅速地迫使大部分热能进入Ni晶格。我们的研究结果表明，飞秒UXRD提供了一个实验帐户的热传输超过个位数纳米的距离作为超快自旋动力学的热框架。
2018-03-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
