The effect of confinement on thermally induced fluctuations in nanomagnets
我们研究了在随机磁场激发下纳米磁体的磁化动力学，以模拟微磁框架中的温度。从结构的有限尺寸所产生的限制的效果进行了研究，我们可视化的内部磁振子模式的空间扩展。此外，我们确定的磁振子模式的温度依赖性，并专注于具体的低频边缘模式，这被发现显示与C-和S-状态之间的切换相关的波动，从而构成一个能量障碍。我们将这种波动行为分为三种不同的制度，并计算相关的能量障碍，使用Arkalius定律。
2021-02-26 cond-mat.mes-hall
Texture fluctuations and emergent dynamics in coupled nanomagnets
我们分析了两个杂散场耦合单元中磁化织构的热涨落，形成中自旋。为此，能源景观与热动力学的纹理绘制出来，并确定不对称的能量障碍。这些障碍是修改通过改变的间隙，分离的mesospins。此外，边缘之间的耦合导致在亚稳最小值的能量表面的曲率的各向异性。这产生边缘模式的动态模式分裂，并影响尝试切换频率。因此，我们阐明的机制，在热浴中的磁振子产生的随机波动的边缘磁化。
2022-09-13 cond-mat.mes-hall
Robustness of binary stochastic neurons implemented with low barrier nanomagnets made of dilute magnetic semiconductors
二进制随机神经元（BSN）是机器学习的优秀硬件加速器。实现它们的流行平台是具有平面内磁各向异性的低能或零能垒纳米磁体（例如具有非常小偏心率的圆盘或准椭圆圆盘）。不幸的是，如果纳米磁体由具有大的饱和磁化强度的普通金属铁磁体（Co、Ni、Fe）制成，则这种纳米磁体的横向形状的小的几何变化可以产生BSN响应时间的大的变化。此外，响应时间对初始条件也非常敏感。在这里，我们表明，如果纳米磁体是由饱和磁化强度小得多的稀磁半导体制成的，那么它们的响应时间的变化（由于形状变化和初始条件的变化）被大大抑制。这显著地减少了设备到设备的变化，这对于大规模神经形态系统是一个严重的挑战。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Low Barrier Nanomagnet Design for Binary Stochastic Neurons: Design Challenges for Real Nanomagnets with Fabrication Defects
低势垒纳米磁体（LBM）的设计受到了广泛关注，由于热噪声，其磁化强度随时间随机变化，用于机器学习的硬件加速器二元随机神经元（BSN）。BSN的性能取决于两个重要的参数：与LBM中的随机磁化动力学相关的相关时间，以及在选定的时间内使LBM的磁化在选定的方向上稳定的自旋极化钉扎电流。在这里，我们表明，在LBM中常见的制造缺陷，使这两个参数不可预测的，因为它们是强烈敏感的缺陷。这使得具有真正LBM的BSN的设计非常具有挑战性。除非LBM在制造时有非常严格的控制，否则使用它们的BSN可能不可靠或产量很低。
2019-07-17 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Deterministic and stochastic aspects of current-induced magnetization reversal in perpendicular nanomagnets
本文通过唯象模型和实验测量，研究垂直纳米磁体中自旋轨道矩诱导翻转的孕育与转变时间，揭示温度介导的相关性，并用对数正态和伽马分布分别描述由单一成核势垒与多个钉扎位点导致的随机变异性。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall
Geometry Effects in Switching of Nanomagnets with Strain: Reliability, Energy Dissipation and Clock Speed in Dipole-Coupled Nanomagnetic Logic
应变时钟偶极耦合纳米磁逻辑是一种节能的布尔逻辑范例，其进展一直受到其高错误率倾向的阻碍。为了缓解这个问题，我们研究了纳米磁体几何形状对错误率的影响，重点是椭圆形和圆柱形几何形状。我们以前曾报道过，在切换过程中的磁化矢量的平面外偏移产生了一个旋进扭矩，这是负责高切换错误概率在椭圆形纳米磁体几何形状。圆柱形磁体中没有这种扭矩预示着较低的错误率，但我们的模拟表明，与椭圆形磁体相比，错误率实际上没有显著改善，而切换变得不可接受地慢。在这里，我们表明，与CMOS器件相比，偶极耦合纳米磁逻辑可以提供相对较高的可靠性（切换错误概率< 10^-8）、中等的时钟速度（~ 100 MHz）和2-3个数量级的节能，前提是磁体的形状各向异性能垒增加到至少~5.5 eV，以允许在相邻纳米磁体之间设计更强的偶极耦合。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
Thermal Stability of the Magnetization in Perpendicularly Magnetized Thin Film Nanomagnets
当设计垂直磁化的图案化介质和磁性随机存取存储器时，理解具有垂直磁各向异性（PMA）的薄膜纳米磁体对抗热致磁化反转的稳定性是重要的。磁化反转率的前导顺序依赖性由系统需要克服以进行反转的能量势垒决定。在本文中，我们研究这些系统的反转动力学和计算相关的障碍，使用弦方法的E，范登-艾金登，任。我们发现反转往往是空间不相干的，也就是说，而不是磁化翻转作为一个刚性的单位，反转收益，而不是通过一个孤立的畴壁扫过系统。我们发现，对于正方形纳米磁性元件的能量势垒随元件尺寸增加到一个临界长度尺度，超过该尺度的能量势垒是恒定的。对于圆形元素，能量势垒继续无限地增加，尽管超过临界尺寸时会更慢。在这两种情况下的能量势垒小于预期的相干磁化反转。
2012-08-26 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Tracking Temperature Dependent Relaxation Times of Individual Ferritin Nanomagnets with a Wide-band Quantum Spectrometer
我们展示了从低温到室温的整体和个人的磁性铁蛋白蛋白质的自旋动力学的跟踪使用的氮空位色心在金刚石作为磁传感器。我们采用不同的检测方案来探测铁蛋白纳米磁体对氮空位中心的纵向和横向弛豫的影响，这使得能够在从Hz到GHz的宽频率范围内进行磁传感。所观察到的光谱特征的温度依赖性可以很好地理解的铁蛋白的热诱导磁化反转，并使单铁蛋白分子的各向异性势垒的测定。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall
Microwave-assisted switching of a nanomagnet: analytical determination of the optimal microwave field
我们分析确定的最佳微波场，允许作为一个macrospin建模的纳米磁体的磁化反转。这是通过最小化总注入能量来实现的。所得结果与最优控制理论数值计算结果吻合较好。对于阻尼参数的典型值，弱微波场足以通过谐振过程诱导切换。最佳场在任何时候都与磁化方向正交，并且在幅度和频率上都进行调制。解释了脉冲形状对外加场和阻尼参数的依赖关系。总的注入能量与初始状态和鞍点之间的能垒成正比，与阻尼参数成正比。这一结果可以作为一种手段，用于探测实际纳米粒子的阻尼参数。
2013-08-30 cond-mat.mes-hall
The Strong Sensitivity of the Characteristics of Binary Stochastic Neurons Employing Low Barrier Nanomagnets to Small Geometrical Variations
二进制随机神经元（BSN）是机器学习的优秀激活器。实现它们的理想平台是具有平面内各向异性（例如圆形或略椭圆形盘）的低或零能量势垒纳米磁体（LBM），其波动的磁化强度编码概率（p-）位。在这里，我们表明，这样的BSN的激活功能，钉扎电流（钉扎输出到一个特定的二进制状态），和响应时间-都表现出很强的灵敏度非常轻微的几何变化在LBM的截面。在室温下，圆形纳米磁体的直径在任意方向上仅变化1%就可以将响应时间改变约4倍，而10%的变化可以将钉扎电流改变约2倍。所有这些都会导致器件间的差异，这对集成是不利的。我们还表明，能量耗散降低，但响应时间增加，取代一个圆形的横截面与略椭圆形，然后编码的p位沿主轴的磁化分量。沿着短轴在磁化分量中编码p位具有相反的效果。然而，能量延迟积相对独立于横截面是圆形还是椭圆形以及在椭圆形的情况下哪个磁化分量编码p比特。
2023-02-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Robustness and scalability of p-bits implemented with low energy barrier nanomagnets
用低能垒纳米磁体（LBM）实现的概率（p-）位最近获得了关注，因为它们可以被利用来非常有效地执行一些计算任务。尽管比布尔计算更具有容错性，但是采用LBM的基于p位的计算并不能完全免受缺陷和设备到设备变化的影响。在某些任务中（例如，用于机器学习的二进制随机神经元和用于群体编码的p位），扩展的缺陷，例如表面的显著部分上的LBM厚度的变化，可能会损害功能。在本文中，我们已经研究了不可避免的几何设备到设备的变化可能有显着的影响，概率计算的最关键的要求之一，即能够“编程”的概率与外部代理，如自旋极化电流注入LBM。我们发现，由于合理的设备到设备的变化，编程能力幸运地没有丢失。通过增加电流的自旋极化，可以进一步抑制由合理的器件可变性引起的概率与电流特性的微小变化。这表明，使用LBM的概率计算对于小的几何变化是鲁棒的，因此将“可扩展”到大量的p比特。
2019-11-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Simulated annealing with time-varying strain in a dipole-coupled array of magnetostrictive nanomagnets
在具有面内磁各向异性的紧密间隔的椭圆形纳米磁体的二维排列中，其长轴沿着列对齐，短轴沿着行对齐，偶极耦合将使磁排序沿着列为“铁磁性”，沿着行为“反铁磁性”。噪声和其它扰动可以驱动系统离开该基态配置并且将其钉扎在磁化取向将不遵循该模式的亚稳态中。足够大于热能kT的内能垒将阻止系统离开亚稳态并自发地衰减到基态。如果纳米磁体是磁致伸缩的，则这些势垒可以通过用时变应变对纳米磁体进行全局应变而暂时被侵蚀，这将允许系统在应变被移除之后返回到基态。这是一个多体系统相互作用的模拟退火的硬件仿真。在这里，我们通过实验证明了这一功能。
2019-08-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Binary information propagation in circular magnetic nanodot arrays using strain induced magnetic anisotropy
纳米磁逻辑已经成为传统CMOS逻辑的潜在替代品，因为它具有优越的能效。纳米磁性逻辑的一种实现方式采用形状各向异性（例如，椭圆形）铁磁体（具有两个稳定的磁化取向）作为依赖于偶极-偶极相互作用来传送二进制信息的二进制开关。通常，圆形纳米磁体与这种方法不兼容，因为它们缺乏独特的稳定的面内磁化取向来编码比特。然而，圆形磁致弹性纳米磁体可以制成双稳态，具有电压诱导的各向异性应变，这为纳米磁性逻辑应用提供了两个显著的优点。首先，形状各向异性能垒被消除，这减少了重新定向偶极子的能量的量。其次，面内尺寸可以减小（~ 20 nm），这在以前由于热稳定性问题而不可能实现。在圆形磁致弹性纳米磁体中，即使在克服热稳定性问题的这种尺寸下，电压引起的应变也使磁化稳定。在本文中，我们分析证明了一个二进制逻辑线实现与一个阵列的圆形纳米磁体，时钟与电压引起的应变所施加的底层压电基板。这导致了优于现有的基于CMOS的逻辑的数量级的节能逻辑范例，其可扩展到比现有的纳米磁性逻辑方法的尺寸小得多的尺寸。的分析方法进行了验证与实验测量上制作的PMN-PT样品偶极耦合镍纳米点。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
Correlated fluctuations in spin orbit torque-coupled perpendicular nanomagnets
低势垒纳米磁体作为高质量真随机数产生的源吸引了大量的研究兴趣。最近，具有可调输出的低势垒纳米磁体已被证明是用于非常规计算范例（诸如概率自旋逻辑）的自然硬件平台。高质量随机比特的有效生成和可调谐性对于这些新颖应用是至关重要的。然而，目前的自旋电子随机数发生器是基于超顺磁性隧道结（SMTJ）的可调谐性通过自旋转移矩（STT），这必然导致在设计级联网络使用这两个终端设备的挑战。利用自旋轨道力矩（SOT）的最近发展允许三端子器件设计，但只能自由地调谐面内磁化，这由于需要克服大的退磁场而不是非常节能。在这项工作中，我们实验证明了第一次，随机设备与垂直磁各向异性（PMA），是完全可调的SOT没有任何外部磁场的帮助。我们的测量使我们假设，倾斜的各向异性可能是负责所观察到的可调谐性。我们进行随机Landau-Lifshitz-Gilbert（sLLG）模拟，以确认我们的实验观察。最后，我们建立了一个电耦合网络的两个这样的随机纳米磁体为基础的设备，并证明有限的相关性或反相关性可以建立在它们的输出波动之间的弱互连，尽管有很大的差异，在其自然波动的时间尺度。基于新开发的低势垒纳米磁体组成的自主电路的动力学模型的模拟结果与实验结果吻合。
2019-10-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Reconfigurable Stochastic Neurons Based on Strain Engineered Low Barrier Nanomagnets
本文提出利用应变工程调控低势垒纳米磁体的能量势垒，实现模拟随机神经元与二元随机神经元之间的可重构转换，为p-计算机提供低能耗的现场可编程架构。
2024-04-01 cond-mat.mes-hall cs.ET cs.SY
Area-Delay-Energy Tradeoffs of Strain-Mediated Multiferroic Devices
在超越摩尔定律的时代，多铁性器件为超低能耗计算带来了深远的希望。磁致伸缩形状各向异性的单畴纳米磁体与压电层应变耦合的多铁性复合结构中的磁化可以通过逆磁电效应在其两个稳定状态（由能量势垒分离）之间切换，其电压量很小。通过适当地选择材料，可以在亚纳秒切换延迟中以几十毫伏的电压切换磁化，同时在室温下花费~1阿焦耳的极少量能量。本文通过求解随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程，分析了室温热涨落下多铁性器件的面积-延迟-能量平衡。我们特别关注缩小磁致伸缩纳米磁体的横向面积，这可以增加芯片上的器件密度。我们发现，纳米磁体的垂直厚度可以增加，同时按比例缩小的横向面积，并保持假设的单域限制有效。这具有重要的结果，因为它在一定程度上有助于防止磁致伸缩纳米磁体中的感生应力-各向异性能量的劣化，所述感生应力-各向异性能量与纳米磁体的体积成比例。结果表明，如果减小横向面积，开关延迟增加，而能量耗散降低。讨论了在降低开关延迟的同时仍能降低能量耗散的途径。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Averaged equation for energy diffusion on a graph reveals bifurcation diagram and thermally assisted reversal times in spin-torque driven nanomagnets
通过自旋极化电流驱动纳米磁体在磁电子学中提供了令人兴奋的前景，但磁体对这种电流的响应仍然知之甚少。我们表明，一个平均方程描述的能量扩散图捕捉这些系统的低阻尼动态。从这个方程中，我们得到的磁铁的分岔图，包括临界电流诱导稳定的旋进状态和磁化翻转，以及在Kramers的标准反应速率理论不再有效的情况下，热辅助磁化反转的平均时间。这些结果与实验观测相吻合，并为具有反转时间有效能垒的Néel-Brown型公式提供了理论基础。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall math.DS
Transition-metal dimers and physical limits on magnetic anisotropy
纳米科学的最新进展引起了人们对经典信息存储所需的最小比特大小的兴趣，即具有抑制的量子隧穿和超过环境温度的能量势垒的双稳态。在磁信息存储的情况下，许多注意力集中在分子磁体[1]上，其比特由~ 100个原子组成，磁单轴各向异性能垒~ 50 K，并且在低温下弛豫非常缓慢。在这篇文章中，我们提请注意一些过渡金属二聚体的显着的磁性，只有两个原子的能量障碍接近~ 500 K。这些超小纳米磁体的自旋动力学受到Berry相的强烈影响，Berry相是由电子最高占据分子轨道（HOMO）能量处的准简并引起的。在巨自旋近似下，这种Berry相使得有效反转势垒更厚。[1]Gatteschi，D.，塞索利河& Villain，J. Molecular Nanomagnets.（牛津，纽约，2006年）。
2007-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy dissipation and error probability in fault-tolerant binary switching
二元开关的势能分布是对称的双阱。在阱之间切换而没有能量耗散需要时间调制分离它们的势垒，并在势垒消失时的精确接合处使轮廓朝向期望的阱倾斜。这需要完美的定时同步，因此即使在没有噪声的情况下也是容错的。不需要屏障的时间调制（并且因此不需要定时同步）的容错策略通过将轮廓倾斜至少等于屏障高度的量来切换，并且至少耗散该量的能量。在这里，我们提出了第三种策略，需要一个时间调制的障碍，但没有定时同步。因此，它在没有热噪声的情况下是容错的，但它耗散任意小的能量，因为缓慢和绝热切换需要任意小的倾斜。这种情况下的示例与应力诱导切换的形状各向异性的单域纳米磁体偶极耦合到邻居。我们还表明，通过检查各种能量分布和相应的概率分布，当存在热噪声时，在该方案中消耗到开关的最小能量为2kTln（1/p）[p =切换错误概率]。
2012-12-13 cond-mat.mes-hall
Longitudinal relaxation and thermoactivation of quantum superparamagnets
在线性响应理论的框架下讨论了量子纳米磁体的弛豫机制。我们使用一个自旋哈密顿与单轴势垒加上塞曼项。具有任意$S$的自旋耦合到玻色子环境。从弛豫矩阵的本征结构，我们确定了两个主要的机制，即，热激活的障碍，与时间尺度$\eival_1^{-1}$，和更快的动态势阱内，与特征时间$\eivalW^{-1}$。这允许引入一个简单的分析公式的响应，这与精确的数值结果一致，并涵盖实验，即使在中等到强的领域在超顺磁范围内。顺便说一下，我们推广了一些量的已知经典结果（例如，积分弛豫时间、初始衰减时间、Kramers速率），在极限$S\to\infty$中恢复的结果。
2005-09-25 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic molecular nanomagnets with odd-numbered coupled spins
近年来，环状分子纳米磁体的研究引起了研究者的广泛关注。这些磁铁的大小是有限的，包含非常大的自旋。它们是有趣的，因为它们具有Néel矢量的宏观量子隧穿。对于具有有限个偶数耦合自旋的反铁磁分子纳米磁体，隧穿涉及由磁能垒分隔的两个经典局域Néel基态。问题是：在具有奇数个磁性离子的纳米磁体中是否可以观察到这种现象？答案并不直接明显，因为具有奇数耦合自旋的循环链是失败的，因为人们无法获得完美的Néel顺序。这些受抑自旋确实可以在实验中观察到，所以它们很有趣。在这封信中，我们从理论上研究了在沿磁体平面施加磁场的情况下，具有任意自旋$s$的奇自旋系统中的宏观量子隧穿。与偶自旋耦合系统相比，奇自旋循环系统的基态由于自旋阻挫而包含一个拓扑孤子。因此，经典基态是$2N$ -折叠简并的，因为孤子可以被放置在沿着环的任何地方，总$S_z=\pm s$。小的量子涨落使孤子离域，形成能带。我们用简并微扰理论在$2s$阶得到了这个能带。我们证明了孤子基态对于半奇数自旋是手征的，对于整数自旋是非手征的。从能带结构中我们推断，随着自旋值的增加，极化中子非弹性散射强度随哈密顿量参数的强弱而增大或减小。
2015-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Non-linear response of single-molecule magnets: field-tuned quantum-to-classical crossovers
由于通过激发态（靠近各向异性势垒顶部）的共振隧穿，量子纳米磁体可以显示出与它们的经典对应物非常不同的弛豫时间的场依赖性。弛豫时间，然后显示在共振场H_{n} =n D，在势垒的两侧的水平变得退化（D是各向异性常数）的最小值。我们表明，在Mn 12中，接近零场，这对非线性磁化率产生了贡献，使其与经典曲线定性不同[Phys.Rev.B72，224433（2005）]。在这里，我们将实验研究扩展到有限的直流场，展示了偏置如何触发系统在共振场附近显示量子非线性响应，同时恢复它们之间的场的经典行为。实验的分析与启发式表达式来自简单的平衡方程和计算与保利型量子主方程。
2006-06-03 cond-mat.mes-hall
Hybrid spintronics and straintronics: A magnetic technology for ultra low energy computing and signal processing
作者表明，磁致伸缩/压电多铁性单畴形状各向异性纳米磁体的磁化可以用在磁致伸缩层中产生应变的非常小的电压来切换。这可以成为超低功耗计算和信号处理的基础。通过适当的材料选择，如果分隔两个稳定磁化方向的能量势垒是$\sim$ 32 $kT$，则对于$\sim$ 100 ns的切换延迟，每个切换事件耗散的能量可以在室温下减少到$\sim$ 45 $kT$，并且对于$\sim$ 10 ns的切换延迟，减少到$\sim$ 70 $kT$。这种设备可以通过专门从环境中收集能量来供电，而不需要电池。
2011-01-11 cond-mat.mes-hall
Pulse-assisted magnetization switching in magnetic nanowires at picosecond and nanosecond timescales with low energy
详细了解磁性纳米材料中的自旋动力学对于开发超快、低能和高密度自旋电子逻辑和存储器是必要的。在这里，我们开发的微磁模型和解析解，阐明增加阻尼和单轴各向异性的磁场脉冲辅助开关时间，能量和场的要求与垂直磁各向异性和钇铁石榴石类自旋输运性质的纳米线的效果。纳米线最初使用外部磁场脉冲（写入）和自弛豫来磁化。接下来，磁矩表现出确定性的开关后，接收2.5 ns长的外部磁脉冲在两个垂直极性。有利的阻尼（α~0.1-0.5）和各向异性能（10^4-10^5 J·m^-3）允许低至皮秒的磁化转换时间。利用自旋进动不稳定性，观察到磁场低于磁化强度的磁化反转。在开关速率、能量成本和所需的外部场之间出现了竞争或纳米磁性三元困境。开发具有优化阻尼和有效各向异性的磁性纳米线可以在室温下将开关势垒降低到3163 kBT。因此，纳米磁体中的脉冲辅助皮秒和低能量开关可以实现超快纳米磁性逻辑和元胞自动机。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-transfer pulse switching: From the dynamic to the thermally activated regime
在单轴薄膜纳米磁体模型系统中，研究了热涨落对自旋转移开关的影响。将纳米磁体并入自旋阀纳米柱中，所述自旋阀纳米柱经受可变振幅和持续时间的自旋极化电流脉冲。两个物理制度是明确区分：长脉冲持续时间制度，其中发生逆转的自旋转移辅助热激活的能量障碍，和短时间的大脉冲幅度制度，其中的开关概率是由自旋角动量在电流脉冲。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Magnetic Avalanches in Molecular Magnets
具有大自旋和高各向异性势垒的分子磁体的晶体的磁化反转通常通过量子隧穿在阻挡温度以下进行。这表现为在磁场的谐振值处的磁滞回线中的一系列受控步骤，其中势垒的相对侧上的能级交叉。整个晶体的磁矩的突然反转可以通过通常被称为磁雪崩的过程发生，其中分子自旋沿着以亚声速穿过样品的爆燃前沿反转。在这一章中，我们回顾了迄今为止在分子纳米磁体中磁爆燃的实验结果。
2013-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double-Free-Layer Stochastic Magnetic Tunnel Junctions with Synthetic Antiferromagnets
本文提出一种采用合成反铁磁体的双自由层随机磁隧道结设计，通过低势垒 SAF 层降低偶极耦合，在零磁场下实现偏置无关、均匀随机且快速的概率比特涨落，为高能效概率计算提供指导。
2024-03-30 cond-mat.mes-hall cs.ET
Anomalous excitations of atomically crafted quantum magnets
量子磁体的高能量分辨率光谱研究已被证明是非常有价值的直接访问磁动力学量，如能量障碍，磁相互作用，激发态的寿命和波动在最基本的水平。在这里，我们探讨了一种新的低能量自旋激发耦合到电子浴量子自旋的存在。与通常的以费米能级为中心对称的两个步骤的隧穿特征形成鲜明对比，我们发现电导中有一个单一的步骤。结合时间相关和多体微扰理论，磁场相关的隧穿谱被解释为弱磁各向异性能量，磁相互作用和Stoner类电子空穴激发之间的相互作用的结果，强烈依赖于所研究的纳米结构的磁状态。我们还绘制了人工纳米结构中的电导峰的演化，这些纳米结构是原子与原子之间的相互作用，这表明了自旋耦合行为的明显证据。结果合理化的非共线磁基态和铁磁和反铁磁相互作用的优势。原子制造的纳米磁体为探索电泵浦自旋系统提供了一个有吸引力的模型。
2022-02-14 cond-mat.mes-hall
Low-frequency spin qubit detuning noise in highly purified $^{28}$Si/SiGe
最近，通过核同位素纯化，限制在$^{28}$ Si/SiGe量子点中的单电子量子比特门的操纵保真度得到了显著提高。在这里，我们确定了在具有嵌入式纳米磁体的器件中低频量子比特失谐噪声的主要来源，应变$^{28}$ Si量子阱层中的剩余$^{29}$ Si浓度仅为60 $\,$ ppm，并且自旋回波衰减时间为$T_2^{\text{echo}}=128\,μ$ s。电荷噪声的功率谱密度（PSD）解释了所观察到的$1/f^2$ -到$1/f$ -的失谐噪声PSD依赖性的转变，以及随着几个小时内测量时间的增加从$T_2^* \approx 20\,μ$ s观察到的时间系综自旋退相时间的减少。尽管它们有很强的超精细接触相互作用，但与势垒中的量子点重叠的几个$^{73}$ Ge核并不限制$T_2^*$，因为它们的动力学在几个小时的测量尺度上被冻结。我们认为电荷噪声和梯度磁场的设计是进一步提高量子比特保真度的关键。
2019-09-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
