Hyperfine interaction induced dephasing of coupled spin qubits in semiconductor double quantum dots
从理论上研究了具有有限单重态-三重态分裂J的双量子点中两电子自旋态的超精细诱导退相.特别地，我们导出了一个有效的纯退相哈密顿量，当超精细诱导混合由于相对较大的J和外部磁场而被抑制时，这个有效的纯退相哈密顿量是有效的.使用两个量子理论的基础上重申的环形图和半经典的方法，我们确定的制度所定义的外部磁场，单重态-三重态分裂的值，并在总的有效磁场的不均匀性占主导地位的退相过程。我们解决了单重态和非极化三重态叠加的自由感应和哈恩回波衰减（这两种情况都与双量子点中实现的单重态-三重态量子比特有关）。我们还研究了两个单自旋量子比特的超精细引起的交换门误差。III-V族半导体以及硅基量子点的结果。
2013-08-28 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-mediated transitions between a Zeeman split doublet in GaAs quantum dots: The role of the internal field
研究了GaAs量子点中最低轨道能级塞曼分裂自旋态之间的超精细介导跃迁速率。我们把超精细哈密顿量分成两部分，一部分是轨道态的对角部分，另一部分是不同轨道的混合部分。对角线部分产生有效（内部）磁场，除了外部磁场之外，该磁场还确定塞曼分裂。量子点中的自旋翻转跃迁是由伴随着声子发射的轨道混合部分引起的。我们评估的速率为不同的制度，所施加的磁场和温度。当外加磁场足够低时，我们得到的速率大于自旋轨道相关速率。
2002-02-14 cond-mat.mes-hall
Singlet-triplet splitting in double quantum dots due to spin orbit and hyperfine interactions
我们分析了外加磁场和偏压作用下双电子双量子点的低能能谱。我们专注于自旋封锁制度，考虑到自旋轨道相互作用和超精细耦合的电子和核自旋。从双点中两个相互作用电子的模型出发，我们在单重态和三重态能级之间的避免交叉附近导出了微扰的有效两能级哈密顿量，它们通过自旋轨道和超精细相互作用耦合。我们评估的水平分裂的反交叉，并表明，它取决于各种参数，包括自旋轨道耦合强度，外部磁场相对于内部自旋轨道轴的方向，潜在的失谐的点，和超精细场之间的差异在两个点。我们提供了一个分裂的自旋轨道长度的公式，在两个点的超精细领域，和双点参数，如隧道耦合和库仑能量。这个公式应该证明是有用的提取自旋轨道参数的传输或电荷传感实验在这样的系统。我们确定了一个参数制度的自旋轨道和超精细条款可以成为可比的强度，并讨论如何达到这个制度。
2011-12-07 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
Spin state mixing in InAs double quantum dots
通过电子输运谱研究了泡利自旋封锁体系中弱耦合InAs量子点的超精细和自旋轨道介导的单重态-三重态混合效应。与GaAs中的双量子点相比，自旋-轨道耦合比超精细混合能大两个数量级以上。它已经是有效的磁场的几个mT，从超精细混合的偏差观察。
2007-04-07 cond-mat.mes-hall
Interplay of spin-orbit and hyperfine interactions in dynamical nuclear polarization in semiconductor quantum dots
本文从理论上研究了$(S)$ -$(T_+)$三重态反交叉附近的双电子半导体双量子点中自旋轨道相互作用和超精细相互作用对动态核极化的影响。研究中的方案的目标是通过动态地将极化从电子自旋转移到核自旋来延长单线态$(S)$ -三线态$(T_0)$量子比特退相干时间$T_2^{*}$。这种极化转移是通过使电子自旋在$S-T_+$反交叉上循环来实现的。在这里，我们调查，定量和定性，如何超精细介导的动态极化转移的Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用的影响。除了$T_2^*$，我们还确定了单重态返回概率$P_s$，这是一个可以在实验中测量的量。我们的研究结果表明，自旋轨道相互作用建立了一种机制，可以在相反的方向上的超精细介导的核自旋极化相比，核自旋。在具有相对强的自旋-轨道耦合的材料中，自旋-轨道和超精细介导的核自旋极化的这种相互作用防止了$S-T_0$量子位退相干时间$T_2^{*}$的任何显著增加。
2014-08-28 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction dominated dynamics of nuclear spins in self-assembled quantum dots
我们测量了自组装量子点在5特斯拉的磁场中的核自旋动力学，并确定了两种不同的机制负责的Overhauser场的衰减。我们属性的温度无关的衰变持续约100秒的点内扩散引起的超精细介导的间接核自旋相互作用。此外，我们观察到一个门电压和温度依赖的衰变源于共隧穿介导的核自旋翻转过程。通过调整栅电压和降低电子温度到~200毫开尔文，我们将相应的衰减时间延长到~30小时。我们的测量结果表明，利用单个自组装量子点探索中心自旋模型的量子动力学的可能性。
2011-04-06 cond-mat.mes-hall
Integrability-based analysis of the hyperfine-interaction -nduced decoherence in quantum dots
利用代数Bethe Anchor方法和简单的Monte Carlo抽样技术，我们研究了中心自旋与核自旋池耦合的退相干问题。我们详细描述了从强到弱的外部磁场场的完全交叉，发现一个大的非衰减的相干因子的极限。这一特征是由玻色爱因斯坦凝聚的物理，这也允许我们认为，相应的零频率峰不会被统计或系综平均加宽。
2013-01-28 cond-mat.mes-hall
Interplay between hyperfine and anisotropic exchange interactions in exciton luminescence of quantum dots
该研究理论分析量子点中激子发光，探讨超精细与各向异性交换相互作用，计算偏振度对磁场依赖，揭示特殊机制下的光学取向。
2024-05-24 cond-mat.mes-hall
Effect of strain on hyperfine-induced hole-spin decoherence in quantum dots
本文从理论上研究了应变对单重空穴自旋动力学的影响，其中单重空穴被限制在自组装量子点中，并通过超精细相互作用与周围原子核相互作用。限制和应变杂交的HH状态，这表明一个狭窄的核自旋浴指数衰减。对于不同的应变配置内的点，自旋退相干时间$T_2$的外部参数的依赖性被移动和非单调的峰值的依赖性被改变。应用外部应变会使$T_2$对外部参数的依赖性发生相当大的变化。我们发现，外部应变的影响主要是有效的超精细耦合强度的导带（CB），这表明CB混合物的杂化HH状态起着至关重要的作用，$T_2$应变的敏感性。
2012-05-11 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction and electron-spin decoherence in graphene and carbon nanotube quantum dots
我们解析计算了单电子在碳纳米管或石墨烯量子点中的核自旋相互作用。虽然石墨烯中的导带态是p型的，但碳纳米管中的相应态由于曲率而为sp杂化。这导致了各向同性和各向异性超精细相互作用之间有趣的相互作用。通过仅使用分析方法，我们能够显示相互作用强度如何取决于重要的物理参数，如曲率和同位素丰度。我们发现，对于所研究的碳结构，13 C超精细耦合强度小于1 μ-eV，并且相关的电子自旋退相干时间可以预期为几十微秒或更长，这取决于自旋携带13 C核的丰度。此外，我们发现超精细诱导的奈特位移是高度各向异性的，无论是在石墨烯和纳米管的任意手性。
2009-09-09 cond-mat.mes-hall
Electron spin dynamics in quantum dots and related nanostructures due to hyperfine interaction with nuclei
我们回顾和总结了量子点和相关纳米结构中由于与周围核自旋的超精细相互作用而引起的电子自旋动力学的最新理论和实验工作。这个主题是特别感兴趣的几个建议，量子信息处理在固态系统。具体地说，我们研究了s型导带中量子点中电子自旋与量子点中核自旋的超精细相互作用。这种相互作用与每个核的位置处的电子波函数的平方模量成比例，导致非均匀耦合，即，不同位置处的核以不同的强度耦合。对于初始完全极化的核自旋系统，可以得到自旋动力学的精确解析解，而对于非完全极化的核，只有在足够小的系统中，才能得到不需要近似的数值解。我们比较这些确切的结果，从几个近似策略的结果。
2003-11-07 cond-mat.mes-hall
Hyperfine coupling of hole and nuclear spins in symmetric GaAs quantum dots
在自组装的III-V族半导体量子点中，价空穴具有比传导电子更长的自旋相干时间，这是由于它们与核自旋浴波动的耦合较弱。延长空穴自旋稳定性依赖于更好地理解空穴与核自旋超精细耦合，我们在对称的（111）GaAs/AlGaAs液滴点中在实验和理论上都解决了这一问题。在沿生长轴施加的磁场中，我们通过带正电荷的trion X $^+$ Zeeman和Overhauser分裂产生了很强的核自旋极化。四个清晰分辨的光致发光线的观察-（111）纳米系统的独特属性-使我们能够分别测量电子和空穴对Overhauser位移的贡献。发现空穴的超精细相互作用比电子弱约5倍。我们的理论表明，这个比例不仅取决于固有的材料特性，而且还取决于点的形状和载流子通过重空穴混合，工程的机会，通过调整点的大小和形状的空穴核自旋相互作用的限制。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Light-hole states and hyperfine interaction in electrically-defined Ge/GeSn quantum dots
本文利用全原子紧束缚模型和DFT计算，研究GeSn/Ge/GeSn量子阱中电学定义量子点的轻空穴自旋，揭示Sn含量、导带-价带混合对超精细耦合与Overhauser场涨落的关键影响。
2025-07-17 cond-mat.mes-hall
Spin decoherence in graphene quantum dots due to hyperfine interaction
基于碳的系统是固态自旋量子比特的突出候选者，这是由于弱的自旋轨道和超精细相互作用以及低的携带自旋的同位素的天然丰度。研究了超精细相互作用对石墨烯量子点中电子自旋相干性的影响。我们知道，这些系统中的超精细相互作用是各向异性的，有希望成为有趣的物理。我们计算了一个电子自旋包围浴核自旋的动力学在非马尔可夫方法使用广义主方程。考虑到超精细相互作用的一般形式，我们能够将我们的结果的有效性范围扩展到石墨烯之外的其他系统。对于大的外磁场，我们发现在玻恩近似下，电子自旋态在小的修正下是守恒的，它以由超精细相互作用决定的频率振荡。这些振荡的振幅以幂律衰减，其初始值取决于各向异性的具体形式。更详细地分析这一点，我们确定了两种不同的各向异性，这两种各向异性都可以在石墨烯中找到，这取决于外部磁场相对于碳层的取向。
2012-08-02 cond-mat.mes-hall
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
Determining the electronic triplet-singlet transition probability in double quantum dots: Analogy with the double slit experiment
我们采用初等测量方法计算了双量子点中由超精细相互作用引起的电子三重态-单重态跃迁。我们展示了超精细相互作用和核反作用过程（触发器）的局部特征是如何消除三重态-单重态跃迁几率的相消干涉的。正是这种抵消作用将超精细相互作用与混合三重态和单重态本征态的各向异性磁场区分开来。
2010-02-22 cond-mat.mes-hall
Dephasing and Hyperfine Interaction in Carbon Nanotubes Double Quantum Dots: The Clean Limit
本文从理论上研究了碳纳米管双量子点中${}^{13}$ C-超精细相互作用引起的退相效应。对于最初占据一个点的两个电子，我们计算了分离成两个点后的平均返回概率，这两个点具有随机的核自旋配置。我们关注的是收益概率的长时间饱和值$P_\infty$。由于自由度的谷，分析比例如GaAs量子点中的分析更复杂，GaAs量子点具有取决于磁场的两个不同的$P_\infty$值。在这里，准备状态和测量状态是不唯一的，因为同一个点中的两个电子可以处于六种不同的状态。此外，对于每个点中的一个电子，存在16种状态，因此可以通过超精细场进行混合。返回概率实验被发现是强烈依赖于准备状态，外部磁场--塞曼和轨道效应-和自旋轨道分裂。对于自旋-轨道耦合的纳米管，初始态为基态，在零磁场下，饱和度最低，为$P_\infty$ = 1/3，这种情况相当于没有谷自由度的双点。总之，我们报告了9个动态不同的情况下，给$P_\infty$ = 1/3，3/8，2/5，1/2和谷反对称准备状态在轴向磁场中，$P_\infty$ = 1。当制备基态时，由于垂直磁场导致的自旋轨道分裂和塞曼能量之间的比率可以将有效超精细场从三维连续调谐到二维，从而给出从$P_\infty$ = 1/3到3/8的饱和值。
2011-07-23 cond-mat.mes-hall
Measurement of the spin temperature of optically cooled nuclei and GaAs hyperfine constants in GaAs/AlGaAs quantum dots
电子和核自旋的深度冷却相当于实现接近100%的偏振度，并且是固态量子信息技术中的关键要求。虽然金刚石和SiC中的单个核自旋的极化达到99%或更高，但量子点中的核的极化被限制在60-65%。理论模型将这种限制归因于相干“暗”核自旋态的形成，但缺乏实验验证，特别是由于偏振度测量的准确性差。在这里，我们测量GaAs/AlGaAs量子点的核极化与高精度使用一种新的方法，使操纵核自旋状态的射频脉冲。观察到高达80%的偏振-迄今为止量子点光学冷却的最高报道。该值仍然不受核相干效应的限制。相反，我们发现，光学冷却的核很好地描述在一个经典的自旋温度框架。我们的研究结果为量子点电子自旋量子比特的进一步发展开辟了一条道路，其中介观核自旋系综的深度冷却用于实现长量子比特相干性。此外，GaAs超精细材料常数在这里首次实验测量。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall
Isotope sensitive measurement of the hole-nuclear spin interaction in quantum dots
核场涨落引起的退相干是利用单电子自旋实现量子信息处理的根本障碍。已经提出了使用基于具有较弱超精细耦合的价带空穴的自旋量子位的替代建议。然而，它是最近在理论和实验上证明，空穴超精细相互作用是不可忽略的，虽然一个一致的图片的机制控制的大小的空穴-核耦合仍然缺乏。在这里，我们解决这个问题，通过执行同位素选择性测量的价带超精细耦合在InGaAs/GaAs，InP/GaInP和GaAs/AlGaAs量子点。与现有的模型相反，我们发现，空穴超精细常数沿结构的生长方向（由电子超精细常数归一化）具有相反的符号为不同的同位素和范围从-15%到+15%。我们把这种空穴超精细常数的变化归因于p-对称原子轨道的竞争性正贡献和d-轨道的负贡献。此外，我们发现d对称性的贡献导致了一种新的机制，空穴-核自旋翻转，这可能在空穴自旋退相干中发挥重要作用。此外，测得的超精细常数，使一个从根本上新的方法来验证计算布洛赫波函数在半导体纳米结构的核附近。
2012-10-03 cond-mat.mes-hall
Nuclear Spin Diffusion Mediated by Heavy Hole Hyperfine Non-Collinear Interactions
我们证明了束缚在中性自组装量子点中的重空穴态的超精细介导动力学导致了核自旋扩散机制。结果表明，中性量子点中核自旋极化度较低的原因是被忽略的有效重空穴超精细非共线相互作用。此外，我们的结果表明，抽运后的核自旋态是留在一个复杂的混合态，这是不直接推断的伊辛类相互作用的符号。
2014-03-03 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction mediated exciton spin relaxation in (In,Ga)As quantum dots
利用双色泵浦-探测光谱研究了（In，Ga）As/GaAs量子点中暗激子和亮激子在外加磁场中的布居动力学。在法拉第几何中施加场并且在T<20 K时，暗激子在十纳秒时间尺度上衰减，除非磁场诱导与亮激子状态的共振。在这些交叉点，它们的有效寿命由于电子或空穴的自旋翻转而急剧缩短，通过自旋翻转，暗激子被转换为亮激子。由于准弹性的字符，我们属性的起源，这些翻转超精细相互作用的晶格核。我们比较了激子自旋弛豫时间在两个共振，发现自旋翻转涉及一个电子是大约25倍快于一个空穴。温度的升高导致暗激子寿命的显著的非单调减少。在这里声子介导的自旋翻转由于自旋轨道相互作用逐渐变得更加重要。
2012-05-07 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction induced decoherence of electron spins in quantum dots
我们详细调查，使用分析和数值工具，在量子点（QD）耦合到一个浴的核自旋在磁场或不同的初始浴极化的电子自旋的退相干，专注于纵向弛豫在低和中等的字段/极化制度。核自旋池初始极化的增加对退相干过程的影响与外加磁场的增加相同，即退相干动力学从平稳衰减变为阻尼振荡。对于单QD和双QD设置，可以通过实验观察到这种变化。我们的研究结果表明，退相干时间的大幅增加需要非常大的浴极化，和使用其他方法（动态解耦或控制的核自旋分布）可能是更实际的抑制量子点为基础的量子比特的退相干。
2006-11-15 cond-mat.mes-hall
Hole spin qubits are frontrunner platforms for scalable quantum computers, but state-of-the-art devices suffer from noise originating from the hyperfine interactions with nuclear defects. We show that these interactions have a highly tunable anisotropy that is controlled by device design and external electric fields. This tunability enables sweet spots where the hyperfine noise is suppressed by an order of magnitude and is comparable to isotopically purified materials. We identify surprisingly simple designs where the qubits are highly coherent and are largely unaffected by both charge and hyp…
2021-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine-interaction limits polarization entanglement of photons from semiconductor quantum dots
本文研究了超精细相互作用对半导体量子点中光子偏振纠缠的限制，推导了纠缠保真度的上限限，并指出自旋噪声是限制纠缠的主导过程，提出了缓解其影响的途径。
2023-04-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine induced spin and entanglement dynamics in Double Quantum Dots: A homogeneous coupling approach
研究了两个量子点自旋量子比特系统中的超精细诱导电子自旋和纠缠动力学。我们专注于零外部磁场的情况下，集中在近似自由的理论方法。我们给出了均匀超精细耦合常数（所有耦合系数相等）和不同的交换耦合模型的精确解，我们从中获得的动力学。在描述和解释了基本动力学性质之后，根据对短时电子自旋动力学的详细研究结果，计算了退相干时间。计算结果与实验数据吻合较好。
2010-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine interactions in silicon quantum dots
本文对Si中传导电子的超精细参数进行了全电子计算，结果表明：（i）所有参数都与$^{29}$ Si位的自旋密度成线性关系，（ii）各向同性项比各向异性项大30倍以上，（iii）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致，（iv）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致。（iv）天然Si量子点（QD）中的Overhauser场比GaAs QD中的小两个数量级。这增强了Si在保持自旋相干性方面的出色性能，并为自旋电子学应用提供了可靠的定量信息。
2011-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical nuclear spin polarization induced by electronic current through double quantum dots
我们分析了在自旋封锁机制下相干耦合双量子点中电子输运的自旋弛豫。特别是，我们重点关注超精细相互作用作为自旋弛豫机制。我们特别注意了由电子流引起的动态核自旋极化对核环境的影响。讨论了在不同的超精细耦合强度和点间隧穿强度下，电子流和感生核自旋极化随外加磁场的变化规律。我们考虑到，对于每个磁场，所有的超精细介导的自旋弛豫过程来自不同的相反的自旋水平的方法。我们发现，作为外部磁场的函数的电流示出了一个峰值或一个谷，并且从电流谷到电流峰值的行为的过渡是通过减少超精细耦合或通过增加点间隧穿强度获得的。我们给出了一个物理图像之间的相互作用的电子隧穿双量子点和自旋翻转过程由于核环境。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction in InAs/GaAs self-assembled quantum dots : dynamical nuclear polarization versus spin relaxation
研究了超精细相互作用对自组装InAs/GaAs量子点中单电荷激子X+和X-光学取向的影响。所有测量都是在低温下通过显微光致发光研究的单个量子点上进行的。我们表明，超精细相互作用导致一个有效的部分自旋弛豫，在50 kHz调制激发极化，但由于动态核极化在稳定的光泵浦条件下，这成为强烈抑制。这种光学产生的类磁核场在与纵向施加场相反的方向上产生时可以变得非常强（高达~4 T），并且然后表现出双稳态状态。这种效果是很好地描述了一个理论模型，在微扰的方法，它揭示了电子自旋翻转的能量成本在总磁场中发挥的关键作用。最后，我们强调了X+和X-三重离子在超精细相互作用方面的异同，这与理论描述是完全一致的。
2009-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manifestations of the hyperfine interaction between electron and nuclear spins in singly-charged (In,Ga)As/GaAs quantum dots
利用偏振泵浦探测和光致发光光谱技术研究了带负电荷的（In，Ga）As/GaAs量子点中的核自旋涨落（NSF）和动态核极化（DNP）及其对电子自旋的影响.在低激励功率下，NSF的有效磁场约为30 mT。在具有周期性交替螺旋度的圆偏振光的强光激发下，NSF分布变得高度各向异性。这种现象是由于与极化电子自旋的超精细相互作用导致核自旋熵的降低。DNP限于小值，用于强烈但短的光激发。
2008-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Electrically-Driven Reverse Overhauser Pumping of Nuclear Spins in Quantum Dots
我们提出了一种新的机制极化核自旋量子点，基于周期性调制的超精细耦合的电子自旋共振频率的电驱动。动态核极化的结果从共振激发，而不是超精细弛豫介导的热浴，因此是不受奥弗豪泽一样的细致平衡约束。这使得偏振方向与奥佛豪泽效应所预期的方向相反。电驱动和浴辅助机制的竞争可以在小于点中的电子限制半径的尺度上引起空间调制和极化的符号反转。讨论了GaAs量子点中观察到的反向欧沃豪泽极化的关系。
2007-10-04 cond-mat.mes-hall
Hyperfine induced electron spin and entanglement dynamics in double quantum dots: The case of separate baths
我们考虑了零磁场中两个强耦合的电子自旋系统，每个电子自旋通过超精细相互作用与一个单独的核自旋池相互作用。应用Europys中引入的长自旋近似（LSA）。Lett. 95，47009（这里每个浴由单个长自旋代替），我们数值研究了电子自旋和纠缠动力学。我们证明了退相干时间是缩放浴大小根据幂律。正如预期的那样，动力学的衰减部分随着浴极化的增加而减小。然而，令人惊讶的是，在某些情况下，将不同几何形状的量子点组合到双点设置中对自旋衰减的幅度具有非常相似的影响。最后，我们表明，即使是一个相对较弱的交换耦合的电子自旋可以完全纠缠。
2012-07-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron spin decoherence in quantum dots due to interaction with nuclei
研究了孤立量子点中单个电子自旋与原子核的超精细相互作用在小于原子核自旋弛豫时间时的退相干。这种衰减是由点内电子包络波函数的空间变化引起的，从而导致非均匀的超精细耦合。我们计算了有和没有磁场的自旋关联函数，发现自旋进动幅度的衰减不是指数衰减，而是幂（反对数）律。对于全极化核，我们找到了一个精确解，并表明进动幅度和衰变行为可以通过磁场来调节。相应的衰变时间由$\hbar N/A$给出，其中$A$是超精细相互作用常数，$N$是点内的原子核数。由于衰变而达到的岁差幅度是有限的。我们发现，有一个显着的差异之间的退相干时间为一个单一的点和一个合奏的点的失相时间。
2002-01-17 cond-mat.mes-hall
Nuclear spin induced oscillatory current in spin-blocked quantum dots
研究了GaAs基双量子点中电子自旋与核自旋的超精细耦合，在自旋封锁区，电子的传导主要被泡利效应所阻断，除非双量子点中的电子自旋状态发生改变.流过双点的电流示出了在一定的DC磁场范围内具有长达200秒的周期的时间依赖性振荡。振荡行为显着减少的应用程序的交流磁场的频率可以诱导核磁共振为71 Ga和69 Ga，分别。提出了一种可能的核自旋极化机制，由于超精细触发器散射。
2003-09-02 cond-mat.mes-hall
Hole - Nuclear Spin Interaction in Quantum Dots
利用泵浦-探测光致圆二色性和时间分辨光致发光实验测量了p型掺杂InAs/GaAs量子点中载流子的自旋动力学。我们发现，空穴自旋退相是由空穴和核自旋之间的超精细相互作用控制的。在没有外部磁场的情况下，我们发现一个特征的空穴自旋退相时间为15 ns，与我们的计算的基础上的偶极-偶极耦合的孔和量子点核。最后，我们证明了一个小的外部磁场，通常为10 mT，而不是200 mT的情况下的电子，淬火的超精细孔自旋退相。
2008-07-22 cond-mat.mes-hall
Quantum-dot spin qubit and hyperfine interaction
本文综述了在双量子点中电子自旋与周围原子核的超精细相互作用影响下的自旋动力学研究。此外，我们提出了一个方案，以缩小两个点之间的偏振差异的分布，以抑制超精细诱导退相干。
2006-04-10 cond-mat.mes-hall
Direct measurement of the hole-nuclear spin interaction in single quantum dots
我们利用InP/GaInP量子点中“亮"和”暗"激子态的光致发光光谱测量了价带空穴与沿样品生长轴极化的核自旋的超精细相互作用。空穴（C）和电子（A）的超精细常数之比为C/A~-0.11。在InP点中，自旋为1/2的磷核对空穴-核相互作用的贡献很小，这使我们能够在实验上确定自旋为9/2的铟核的C值为C_In~-5微电子伏。这个高的C值与最近的理论预测非常一致，并且表明在考虑基于空穴的自旋量子比特时必须考虑空穴-核自旋相互作用。
2010-08-26 cond-mat.mes-hall
We exploit hyperfine interactions in a single Mn-ion confined in a quantum dot (QD) to create a qudit, i.e. a multi-level quantum-bit system, with well defined, addressable and robust set of spin states for the realization of universal quantum gates. We generate and probe an arbitrary superposition of states between selected hyperfine energy level pairs by using electron double resonance detected nuclear magnetic resonance (EDNMR). This enables the observation of Rabi oscillations and the experimental realization of NOT and SWAP universal quantum gates that are robust against decoherence. Our …
2019-09-17 cond-mat.mes-hall
Localization of charge carriers in monolayers (MLs) of transition metal dichalcogenides (TMDs) dramatically increases spin and valley coherence times, and, by analogy with other systems, the role of the hyperfine interaction should enhance. We perform theoretical analysis of the intervalley hyperfine interaction in TMD MLs based on the group representation theory. We demonstrate, that the spin-valley locking leads to the helical structure of the in-plane hyperfine interaction. In the upper valence band the hyperfine interaction is shown to be of the Ising type, which can be used for fabricatio…
2018-10-15 cond-mat.mes-hall
Nuclear spin diffusion in semiconductor nanostructures: Effects of inhomogeneous hyperfine interactions
研究了接触超精细相互作用对半导体量子点中核自旋扩散系数的影响。用矩量法和密度矩阵法计算了扩散系数。我们发现，核自旋扩散强烈抑制的非均匀超精细耦合所产生的限制电子波函数。我们的结果与最近实验中观察到的这些结构中的核自旋扩散的抑制一致，并阐明了矩量法在非均匀系统中的有效性程度。
2005-10-05 cond-mat.mes-hall
Hybridization and spin decoherence in heavy-hole quantum dots
本文从理论上研究了束缚在无应变III-V族半导体量子点中的重空穴与窄核自旋池相互作用的自旋动力学。我们表明，能带杂交导致的指数衰减的空穴自旋叠加由于超精细介导的核对翻转，和一致的单空穴自旋退相干时间T2可以通过改变外部参数调谐在许多数量级。特别是，我们表明，在实验条件下，有可能抑制超精细介导的核对翻转过程如此强烈，空穴自旋量子点可能会超出“最终限制”设置的超精细相互作用，这是存在于其他自旋量子位候选系统。
2010-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dephasing and Hyperfine Interaction in Carbon Nanotubes Double Quantum Dots: Disordered Case
本文从理论上研究了半导体碳纳米管（CNTs）中双量子点（DQD）中的\emph{return probability experiment}，用于测量退相时间$T_2^*$.退相是由于与${}^{13}$ C核自旋的超精细相互作用。由于谷自由度和自旋自由度，对于量子点中的任何给定纵模，存在四个束缚态。在零磁场下，自旋-轨道耦合和谷混合将这四个态分裂成两个Kramers双峰。对于一个给定的点的谷混合项是由点内无序，因此在属于不同的点的Kramers双重态是不同的。我们展示了如何非零的单粒子interdot隧穿振幅属于不同的双峰状态之间产生新的避免交叉，作为失谐的函数，在相关的两个粒子的光谱，交叉从两个电子在一个点的状态配置，$(0,2)$，在每个点的配置，$(1,1)$的一个电子。与清洁系统相比，多个朗道-齐纳过程影响每个单次测量的分离和连接阶段，并且它们以强烈依赖于初始状态的方式影响测量结果。我们发现，一个定义明确的返回概率实验实现时，在每个单激发周期，（0，2）基态的准备。在这种情况下，谷混合增加了测量的返回概率的饱和值，而返回到（0，2）基态的概率保持不变。最后，我们研究了高磁场极限下的谷混合效应;对于平行的磁场，预测结果与干净的纳米管一致，而无序效应总是与垂直于纳米管轴的磁场相关。
2012-05-19 cond-mat.mes-hall
Electrical control over single hole spins in nanowire quantum dots
半导体量子点中的单电子自旋是量子信息处理的通用平台，然而控制退相干仍然是一个相当大的挑战。最近，空穴自旋已经成为一个有前途的替代方案。III-V族半导体中的空穴具有独特的性质，例如强自旋-轨道相互作用和与核自旋的弱耦合，因此具有增强自旋控制和更长相干时间的潜力。利用量子光学技术在自组装量子点中已经报道了较弱的超精细相互作用。然而，迄今为止，具有挑战性的制造使得基于空穴自旋的电子器件的前景在传统的III-V族异质结构中遥不可及。在这里，我们报告栅极可调孔量子点形成在InSb纳米线。使用这些设备，我们证明泡利自旋封锁和电控制的单孔自旋。该器件在空穴和电子量子点之间是完全可调的，从而能够直接比较两种机制中的超精细相互作用强度、g因子和自旋阻塞各向异性。
2013-02-11 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-mediated gate-driven electron spin resonance
对GaAs少电子双量子点中的全电自旋共振效应进行了理论和实验研究。相关的拉比振荡的磁场依赖性和缺乏是一致的一种新的超精细机制。共振频率对瞬时超精细有效场敏感，这种效应可以用来探测和产生相当大的核极化。一种包含微磁体的装置在点之间表现出磁场差异，允许选择性地寻址任一点中的电子。
2007-12-19 cond-mat.mes-hall
Dynamical nuclear spin polarization and the Zamboni effect in gated double quantum dots
研究了门控双点系统中的动态核极化方案。我们证明，一个小的偏振（$\sim 0.5%$）是足够的，以提高两个数量级的单重态衰减时间。这种增强归因于两个点中的核库之间的平衡过程，伴随着由电子-核自旋超精细相互作用介导的Overhauser场的波动减少。
2007-04-06 cond-mat.mes-hall
Quenching of dynamic nuclear polarization by spin-orbit coupling in GaAs quantum dots
中心自旋问题是一个被广泛研究的量子退相干模型，其中电子自旋与核自旋池相互作用。当电子角动量转移到核自旋时，动态核极化（DNP）发生在中心自旋系统中，并且在基于自旋的量子信息处理中用于相干电子和核自旋控制。然而，限制DNP的机制仍然只有部分了解。在这里，我们表明，自旋轨道耦合淬灭DNP在GaAs双量子点，即使自旋轨道耦合在GaAs是弱的。利用Landau-Zener扫描，我们测量了电子自旋翻转概率对面内磁场的强度和方向的依赖性，使我们能够区分自旋轨道和超精细相互作用的影响。为了证实我们的解释，我们测量高带宽的电子自旋翻转概率的相关性，并获得与一个显着的自旋轨道贡献的结果一致。我们观察到，DNP淬火时，自旋轨道组件超过超精细，与理论模型一致。我们的研究结果揭示了中心自旋系统中自旋轨道和超精细相互作用之间令人惊讶的竞争。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall
Ultra long spin decoherence times in graphene quantum dots with a small number of nuclear spins
我们研究了石墨烯量子点中电子自旋的动力学，该量子点通过各向异性超精细相互作用与少于10个核自旋的浴相互作用。由于石墨烯量子点的制造取得了实质性进展，因此考虑这样少量的核自旋是实验相关的。这种选择使我们能够使用精确对角化来计算电子自旋的长期平均值及其退相干时间。我们研究了自旋观测量对核自旋初态和核自旋在量子点中位置的依赖性。此外，我们分析了自旋量子化轴相对于石墨烯平面的不同取向的超精细相互作用的各向异性的影响。有趣的是，我们预测显着的长退相干时间超过10毫秒的限制几个核自旋。
2014-01-08 cond-mat.mes-hall
We calculate the rates of phonon-assisted hyperfine spin flips during electron and hole tunneling between quantum dots in a self-assembled quantum dot molecule. We show that the hyperfine process dominates over the spin-orbit-induced spin relaxation in magnetic fields up to a few Tesla for electrons, while for holes this cross-over takes place at field magnitudes of a fraction of Tesla, upon the assumption of a large $d$-shell admixture to the valence band state, resulting in a strong transverse hyperfine coupling. The interplay of the two spin-flip mechanisms leads to a minimum of the spin-fl…
2021-01-15 cond-mat.mes-hall
Disentangling the effects of spin-orbit and hyperfine interactions on spin blockade
我们在InAs纳米线双量子点中实现了少电子区。自旋封锁观察到的前两个半满轨道，其中的运输周期被三重态和单重态之间的禁戒跃迁中断。自旋封锁的部分解除解释自旋轨道和超精细机制，使三重态到单重态的过渡。通过一个简单的传输模型，在很宽的范围内的点间耦合和隧穿率的铅的测量是很好地再现。这使我们能够分离和量化自旋轨道和超精细相互作用的贡献。
2010-02-10 cond-mat.mes-hall
Non-equilibrium nuclear spin distribution function in quantum dots subject to periodic pulses
单电荷半导体量子点中的电子自旋退相可以被周期性的激光脉冲部分抑制。我们提出了一个半经典的方法来描述电子自旋极化的退相干与核自旋的超精细相互作用以及光子吸收的概率性质。我们使用的稳态Floquet条件，解析推导出两个子类的共振条件很好地预测的峰值位置的一部分的Overhauser场分布，这是投影在外部磁场的方向。作为周期性脉冲的结果，非平衡分布发展为时间的函数。耦合动力学的数值模拟揭示了超精细耦合常数分布对下一个激光脉冲前电子自旋极化演化的影响。实验指标提供了两个子类的共振条件。
2017-07-25 cond-mat.mes-hall
Quantum versus classical hyperfine-induced dynamics in a quantum dot
在这篇文章中，我们分析了由于接触超精细相互作用而被限制在半导体量子点中的电子的自旋动力学。我们比较平均场（经典）演化的电子自旋在一个核场的存在下，与精确的量子演化的特殊情况下的均匀超精细耦合常数。我们发现（在这种特殊情况下）由于平均场近似和量子演化的零磁场动力学是相似的。然而，在有限磁场中，量子解和经典解只在一定的时间尺度t<τ_c内一致，在此之后它们就明显不同了。
2007-04-29 cond-mat.mes-hall
Nuclear spin dynamics and Zeno effect in quantum dots and defect centers
我们分析了由于超精细相互作用（核磁共振中的“J耦合”）而导致核自旋之间电子介导耦合的量子点和具有束缚电子的缺陷中心的核自旋动力学。我们的分析表明，由原子核产生的Overhauser场在电子的位置具有短时间动力学的时间平方的初始核自旋状态没有横向相干。二次短时行为允许通过一系列投影测量（量子芝诺效应）延长Overhauser场的寿命。我们分析了实现这种效果对测量重复率和测量精度的要求。此外，我们计算了有效电子塞曼分裂大于超精细耦合强度的Overhauser场的长时间行为，并发现，无论是在戴森级数展开和广义主方程方法，对于具有足够平滑极化的核自旋系统，电子-仅介导的相互作用仅导致奥弗豪泽场的部分衰减，衰减量为与电子相互作用的核自旋的倒数。
2008-02-18 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction of electrons and holes with nuclei probed by optical orientation in MAPbI$_3$ perovskite crystals
Technische Universität Dortmund（多特蒙德工业大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Empa-Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科技与研究院）
研究了在MAPbI$_3$单晶中利用圆偏振光对电子和空穴自旋的光学取向，发现超精细相互作用是决定低温下载流子自旋动力学的主要因素，并评估了核自旋波动参数。
2026-02-07 cond-mat.mes-hall
Feedback control of nuclear hyperfine fields in double quantum dot
在耦合双量子点系统中，我们提出了在中等外磁场中，两个电子的单重态与一个三重态发生共振时，电子自旋与核自旋相互作用的理论.我们发现，一阶和二阶超精细过程之间的量子干涉可以导致操纵核超精细场的反馈机制。在均匀外场作用下，对双点中纵向超精细场梯度和平均横向超精细场梯度可实现正、负反馈控制。负反馈抑制了纵向核场梯度的涨落，使单重态-三重态量子比特的退相干时间提高到微秒量级。我们讨论了利用横向核场的负反馈控制来提高点簇中每个单独自旋的退相干时间的可能性。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall
