Picosecond coherent electron motion in a silicon single-electron source
理解超快相干电子动力学对于单电子源在电子标准、量子信息处理（包括电子量子光学）和量子传感中的应用是必要的。虽然从源发射的电子的动力学已经被广泛研究，但还没有对源内部的动力学进行研究。这是因为内部动态的速度通常高于100 GHz，超出了最先进的实验带宽。在这里，我们从理论上和实验上证明，在硅单电子源，包括一个动态的量子点的内部动态可以被检测到，利用一个共振水平与动态读出的栅极相关的电流振荡。我们的实验观察和模拟与现实的参数表明，电子波包空间量子相干振荡$\sim$ 200 GHz的源内。我们的研究结果将导致一个协议，用于检测这种快速的动态在一个腔，并提供了一种手段的工程电子波包。这可以实现高精度电流源，高分辨率和高速电磁场传感，以及飞行量子比特的高保真初始化。
2019-03-19 cond-mat.mes-hall
Steps on current-voltage characteristics of a silicon quantum dot covered by natural oxide
考虑硅量子点被自然氧化物覆盖形成的双势垒结构，得到了两个金属端的阶跃型伏安曲线的简单条件。由于标准的化学性质，位于点的某个域中的掺杂磷原子形成几何上平行的电流通道。电流阶跃的高度通常等于（1.2 pA）N，其中N= 0，1，2，3.是畴内掺杂原子的数量，并且仅可忽略地取决于掺杂剂的实际位置。所发现的条件是可行的，在实验可用的结构。
2002-10-28 cond-mat.mes-hall
High Temperature Quantum Kinetic Effect in Silicon Nanosandwiches
半导体量子阱边缘沟道的负U杂质带限制了自旋相关输运过程中的内部有效冷却，降低了电子-电子相互作用。上述也促进了复合玻色子和费米子的创建，通过捕获的边缘通道上的单个磁通量量子的条件下，低的载子的面密度，从而打开了新的机会登记的量子动力学现象在弱磁场在高温至室温。作为上述的一个版本，我们提出了在硅三明治结构中的高温de Haas-van Alphen，300 K，量子Hall，77 K，效应以及量子电导阶梯的第一个发现，该硅三明治结构代表了由n型Si（100）表面上重掺杂硼的delta势垒限制的超窄，2 nm，p型量子阱（Si-QW）。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall
Bottom-up superconducting and Josephson junction devices inside a group-IV semiconductor
超导电路非常灵活，可以实现从传感器到量子计算机的许多不同设备。另外，外延半导体器件（如硅中的自旋量子位）提供了更有限的器件变化，但对于固态系统来说具有非凡的量子特性。也许可以将这两种方法结合起来，利用最新的原子制造技术，用半导体制造单晶超导器件。在这里，我们提出了超导设备的精确孔掺杂区内的硅（或锗）单晶。我们分析了这种超导半导体的性质，并表明实际的超导导线，约瑟夫森隧道结或弱连接，超导量子干涉器件（SQUID）和量子比特是可行的。这项工作激发了对“自下而上”超导性的追求，以改进或从根本上不同的技术和物理。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-Acoustic Control of Silicon Vacancies in 4H Silicon Carbide
我们证明了直接的，声学介导的自旋控制自然发生的带负电荷的硅单空位（V $_{Si}^-$）在高品质因数横向泛音体声波谐振器制造出的高纯度半绝缘4 H-碳化硅。我们比较了硅单空位的频率响应的射频磁驱动通过光学检测的磁共振和谐振器的自己的射频声学驱动通过光学检测的自旋声学共振，并观察到一个狭窄的自旋过渡到近的线宽的驱动声学共振。我们表明，声学驱动可以在室温下诱导相干布居振荡。然后利用自旋声共振对横向泛音体声波谐振器进行应力计量，首次显示了体声波谐振器内部的应力分布。我们的工作可以应用于高品质因数的微电子机械系统的表征，并有可能扩展到机械寻址的量子存储器。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Imaging Electron Motion in a Few Layer MoS2 Device
MoS 2的超薄片是一种新发现的2D半导体，在纳米电子学方面具有很大的前景。了解电流的模式对于开发设备至关重要。在这次演讲中，我们展示了冷却到4 K的扫描探针显微镜（SPM）获得的MoS 2中电流的图像。我们以前使用这种技术在GaAs/AlGaAs异质结构和石墨烯中成像电子轨迹。带电荷的SPM针尖正好位于样品表面上方，在设备内部产生图像电荷，散射电子。当针尖在样品上方进行光栅扫描时，通过测量电阻的变化ΔR，获得电子流的图像。我们提出的图像中的二硫化钼设备图案化成一个霍尔条的几何形状的电子流。三层MoS 2片被两个hBN层（顶部和底部）包裹，并被图案化为具有多层石墨烯触点的霍尔棒。SPM图像显示了霍尔密度n = 1.3x10^12 cm^-2时器件末端宽触点的电流模式。SPM尖端倾向于阻塞流动，增加阻力R。还对样品上窄侧接触的流动图案进行成像。在密度n = 5.4x10^11 cm^-2时，SPM图像中看到的图案与宽接触相似。对电子流成像的能力有望对从新的2D材料开发MEMS器件非常有用。
2016-08-07 cond-mat.mes-hall
Silicon Flexes Muscles: Giant Electrochemical Actuation in a Nanoporous Silicon-Polypyrrole Hybrid Material
硅中压电性的缺乏使得这种主流半导体不可能直接应用于机电领域。然而，硅机械的集成电气控制将为片上精算开辟新的前景。在这里，我们将单晶硅中的晶片级纳米孔隙与孔隙空间内的人工肌肉材料的聚合相结合，以合成在水性电解质中显示宏观电应变的复合材料。在压电致动方面，电压-应变耦合比性能最好的陶瓷大3个数量级。我们将这种巨大的电致动追溯到每平方厘米横截面上1000亿个纳米孔的协同作用，以及在单孔尺度上高达150个大气压的电位依赖压力。非常小的操作电压（0.4-0.9 V）以及可持续和生物相容的基础材料使这种混合动力车有望用于生物致动器应用。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Detection of charge motion in a non-metallic silicon isolated double quantum dot
随着半导体器件尺寸减小到纳米级，高缺陷密度表面对传输性质的影响变得重要，以至于在大的和高掺杂的结构中普遍存在的金属特性丧失，并且用于电荷感测的量子点的使用变得复杂。在这里，我们已经调查了背后的机制，检测电子运动内的电隔离的双量子点，是电容耦合到一个单电子晶体管，都从高磷掺杂的硅晶片制造。尽管在检测器和双点结构之间不存在直接电荷转移，但仍获得了有效的检测。特别是，观察到异常大的库仑峰位移的栅极电压。结果解释在电荷重排和非弹性cotunneling通过状态的存在下，在单电子晶体管点的外围。
2011-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Polarization properties of excitonic qu-bits in single self-assembled quantum dots
研究了InAs/GaAs自组装量子点中中性激子发射的偏振特性。面内形状和应变各向异性强烈耦合的重和轻空穴状态，并导致大的光学各向异性与非正交的线性偏振态相对于晶轴错位。由于波导的实验配置，沿生长轴的发光偏振已被观察到揭示出的生长平面的变形张量的剪切分量的存在。共振发光实验允许确定两个激子本征态的振子强度比。价带混合控制该比率，并且点与点之间可能非常不同，然而，偏振各向异性轴在一个\mum^{2}的扫描区域内是相当固定的，并且指示与其相关的面内变形方向具有一个\mum^{2}的数量级的相关长度。
2011-10-18 cond-mat.mes-hall
Thermal transport and frequency response of localized modes on low-stress nanomechanical silicon nitride drums featuring a phononic bandgap structure
用于检测辐射、单个纳米颗粒或单个分子等的宽带热传感器的开发是非常感兴趣的。近年来，光热光谱的基础上的位移的谐振频率的应力纳米机械谐振器已被成功地证明。在这里，我们显示的应用程序的软夹声子晶体膜制成的氮化硅作为热传感器。它是实验证明如何准带隙保持即使在非常低的拉伸应力，与有限元方法模拟。的基本缺陷模式的相对响应度的增加被发现相比，均匀的正方形膜的大小相等，增强因子大的一个数量级。然后，我们展示了在纳米机械蹦床内部设计的声子晶体，这导致了拉伸应力的进一步降低和热隔离的增加，从而进一步提高了响应度。最后，缺陷模式和带隙调谐示出了通过激光加热的缺陷的基本缺陷模式完全离开带隙的点。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Plasmonic-enhanced photoluminescence in porous silicon with pore-embedded gold nanoparticles fabricated by direct reduction of chloroauric acid
本研究通过在多孔硅光子结构内直接还原氯金酸合成金纳米颗粒，利用等离子体近场增强实现了多孔硅光致发光六倍提升，主要贡献在于解决了金纳米颗粒尺寸和位置控制难题，并展示了其在发光器件和传感器中的应用潜力。
2023-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal Transport Across Metal Silicide-Silicon Interfaces: First-Principles Calculations and Green's Function Transport Simulations
在这项工作中，我们使用密度泛函理论框架下的第一性原理计算和热输运模拟的原子格林函数（AGF）方法的组合，定量预测不同的散射机制的贡献，外延CoSi $_2$ -Si界面的热界面电导。在目前的工作中的一个重要的发展是直接计算的界面键合的密度泛函微扰理论（DFPT），因此避免常用的“混合规则”，以获得跨界面力常数从散装材料力常数。另一个重要的算法发展是递归格林函数（RGF）方法与Büttiker探针散射的集成，使计算效率高的模拟非弹性声子散射及其对热界面电导的贡献。电子-声子耦合的第一性原理计算揭示了金属电子和半导体中原子振动之间的跨界面能量转移是由在界面两侧延伸的离域声学声子模式介导的，并且在界面的半导体区域内局部化的声子模式表现出与金属中电子的可忽略的耦合。我们还提供了一个直接的模拟预测和实验测量的热界面电导的外延CoSi $_2$ -Si接口使用时域热反射技术之间的比较。重要的是，在很宽的温度范围内进行的实验结果只与包括所有传输过程的预测吻合良好：弹性和非弹性声子散射，金属中的电子-声子耦合以及界面上的电子-声子耦合。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall
Room temperature de Haas - van Alphen effect in silicon nanosandwiches
半导体量子阱边缘沟道的负U杂质带可以在自旋相关输运过程中实现有效的内部冷却。上述也促进了复合玻色子和费米子的创建，通过捕获的边缘通道上的单个磁通量量子的条件下，低的载子的面密度，从而打开了新的机会登记的量子动力学现象在弱磁场在高温至室温。作为上面提到的某个版本，我们提出了在硅三明治结构中的高温de Haas-van Alphen，300 K和量子Hall，77 K效应的第一个发现，该硅三明治结构代表由在n型Si（100）表面上重掺杂硼的delta势垒限制的超窄的2 nm p型量子阱（Si-QW）。这些数据似乎是由于在p型硅量子阱的边缘沟道中具有小有效质量的低密度的单个空穴，因为由负U偶极硼中心组成的条带的杂质限制，这似乎引起电子-电子相互作用的效率降低。
2016-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum dots in Si/SiGe 2DEGs with Schottky top-gated leads
我们报道了在肖特基栅控硅/硅锗二维电子气（2DEG）中量子点器件的制备和表征。点被横向限制在蚀刻限定的沟道内，而它们的电势由点的平面中的蚀刻限定的2DEG栅极调制。在这种材料中，肖特基顶栅首次用于定义和调整点的隧道势垒。通过最小化栅极的有源面积来减小栅极的漏电流。通过增加沟道的蚀刻深度来实现对泄漏的进一步抑制。顶栅用于将点置于库仑阻塞状态，并且当侧栅上的电压变化时观察到电导振荡。
2005-08-16 cond-mat.mes-hall
Silicon-based molecular switch junctions
与传统半导体器件的静态操作相比，分子器件中的动态构象自由度开辟了使用分子作为新型器件（诸如分子构象开关或用于分子数据存储）的可能性。具有例如两个稳定的顺式和反式异构体构型的双稳态分子，一旦夹在两个电极之间，就可以在非平衡电流响应中提供切换现象。在这里，我们模拟在硅接触形成的分子开关结，并证明电极/分子/电极配置的可调分子开关的潜力。采用基于密度泛函的紧束缚理论的非平衡格林函数方法，计算了不同异构体的电子传输、I-V特性以及势能面随反应坐标的变化.此外，为了研究分子开关在环境条件下的稳定性，在室温下进行了分子动力学（MD）模拟，并计算了沿MD路径的电导随时间的波动。我们的数值计算结果表明，顺式异构体的透射光谱比反式对应的偏置窗口内的所有两个模型分子更导电。因此，电流-电压特性显示出相同的趋势。此外，沿MD途径的时间依赖性透射波动的计算已经表明，顺式异构体中的透射总是显著大于反式对应物的透射，这表明分子开关可以预期作为稳健的分子开关组件工作。
2009-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Compression of nanowires using a flat indenter: Elasticity measurement in nanoscale
一种新的实验方法的表征的横向弹性模量的个别纳米线证明通过实施微/纳米尺度的径向压缩测试几何形状，使用平冲压头内的扫描电子显微镜（SEM）。测试了直径为250 nm的单晶硅纳米线。由于硅是高度各向异性的，通过电子背散射衍射（EBSD）确定线的压缩轴。给出了基于赫兹模型的二维解析封闭解。分析模型的结果与有限元模拟和实验径向压缩结果进行了比较，并显示出良好的一致性。
2011-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Superconducting-semiconductor quantum devices: from qubits to particle detectors
材料生长和制造技术的最新改进可能最终使超导半导体实现其潜力。在这里，我们建立在最近的建议，以构建超导设备，如电线，约瑟夫森结，量子位内外的单晶硅或锗。使用原子制造技术，如STM氢光刻，可以在单晶中构建重掺杂超导区域。我们描述了基本超导元件--一维导线和隧道约瑟夫森结--的特性参数，并估算了掺硼硅的值。这些器件的外延单晶性质，以及器件设计的极端灵活性，可以实现低噪声或新型器件和物理。我们考虑这种超硅器件的应用，表明最先进的transmon量子比特和抢手的相位滑移量子比特都可以实现。后一种量子位利用了这些材料的天然高动力学电感。在此基础上，我们探索了基于动力学电感的粒子探测器（例如，光子或声子），在天文学或纳米力学中具有潜在的应用。我们讨论了超半导体器件（如硅，锗或金刚石），这将不需要原子制造方法，今天可以实现。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase and amplitude response of "0.7 feature" caused by holes in silicon one-dimensional wires and rings
本文报道了在n型Si（100）表面p型硅量子阱（SQW）内用分裂栅方法制备的硅一维沟道所引起的空穴量子电导阶梯中的0.7（2 e2/h）特征。首先，自旋去极化与0.7（2 e2/h）功能的演变的相互作用，从e2/h到3/2 e2/h值作为一个函数的表密度的孔揭示了量子点接触连接两个二维水库的p型SQW。一维空穴被证明是自旋极化在低的片密度，因为0.7（2 e2/h）的功能是接近的值0.5（2 e2/h），这表明自旋简并提升的量子电导阶梯的第一步。然而，发现0.7（2 e2/h）特征在片密度增加时取0.75（2 e2/h）的值，从而引起1D空穴的自旋去极化。其次，通过改变外加磁场和垂直于双缝环平面的顶栅电压，研究了在p型量子阱的一个臂上插入额外量子点接触的情况下，0.7（2 e ~ 2/h）特性的幅度和相位灵敏度。Aharonov-Bohm（AB）和Aharonov-Casher（AC）电导振荡是自发自旋极化和Rashba自旋轨道相互作用（SOI）相互作用形成0.7（2 e2/h）特征的证据。最后，由Rashba SOI引起的0.7（2 e2/h）特性的变化被发现采取分数形式的平台和台阶作为顶栅电压的函数。
2008-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nanometer-scale photon confinement in topology-optimized dielectric cavities
纳米技术原则上可以实现从设计到设备的精确映射，但迄今为止依赖于人类的直觉和简单的优化。在纳米光子学中，一个核心问题是如何制造光-物质相互作用强度仅受材料和纳米纤维限制的器件。在这里，我们集成测量的制造限制到拓扑优化，旨在最强的光-物质相互作用在紧凑的硅膜，展示了一个前所未有的光子纳米腔与模式体积的$V\sim3\times10^{-4}\,λ^3$，品质因数$Q\sim1100$，和足迹$4\,λ^2$电信光子与$λ\sim 1550$ nm波长。我们制造的腔，它限制在8纳米硅桥内的光子，并使用近场光学测量进行第一次实验证明光子限制到一个单一的热点远低于衍射极限在100。
2022-03-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
High-fidelity single-spin shuttling in silicon
针对半导体自旋量子比特长距离高保真输运待突破的问题，研究团队在Si/SiGe异质结构中用行波电势移动量子点输运电子，实现200ns内10μm、99.5%保真度的单自旋输运，为大规模半导体量子处理器构建提供支撑。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Double-dot charge transport in Si single electron/hole transistors
我们研究了通过由绝缘体上硅晶片制造的超小硅量子点晶体管的输运。在高温下，4K<T<100 K，器件显示出通过光刻定义的点的单电子或单空穴传输。在T<4K时，通过器件的电流以多点传输为特征。从双点特性的样品中的运输的分析，我们得出结论，额外的点内形成的热生长的栅极氧化物包围光刻定义的点。
2000-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
