Anisotropic splitting of intersubband spin plasmons in quantum wells with bulk and structural inversion asymmetry
在半导体异质结构中，体和结构反转不对称性和自旋轨道耦合诱导了价和导子带的k依赖自旋分裂，这可以被视为由动量依赖的晶体磁场引起的。本文研究了这些有效磁场对非对称n型GaAs/AlGaAs量子阱中子带间自旋动力学的影响。我们用线性响应理论计算了子带间自旋等离子体激元的色散。所谓的D 'yakonov-Perel'退相干机制对于集体子带间激发是不活跃的，即，晶体磁场不会导致自旋等离子体激元的退相干。相反，我们预测，在子带间自旋动力学的体和结构反转不对称的主要签名是一个三倍，各向异性分裂的自旋等离子体色散。指出了多体效应的重要性，讨论了用非弹性光散射进行实验观测的条件。
2003-07-05 cond-mat.mes-hall
Exchange instability of the two-dimensional electron gas in semiconductor quantum wells
当第一激发子带被电子占据时，在调制掺杂GaAs/AlGaAs单量子阱中形成的二维（2D）电子气经历一阶跃迁，因为费米能级通过施加直流电压被调谐成与激发子带共振。这种效果的直接证据是从低温光致发光光谱显示的子带间能量$E_{01}$突然重整化后的第一个激发子带的突然占领。密度泛函理论中的计算，其中处理的二维交换势{ \it确切}，表明这种电子系统的化学不稳定性主要是由{ \it intersubband}项的交换库仑相互作用。从温度依赖的测量的存在下，在$T_c = 35\pm 5$ K的临界点推断。
2001-06-22 cond-mat.mes-hall
Terahertz lasing from intersubband polariton-polariton scattering in asymmetric quantum wells
在中心对称系统中，不同腔极化激元分支之间或相同激发数的修饰原子态之间的电偶极跃迁是严格禁止的。对于半导体微腔中的掺杂量子阱，导带中的子带间跃迁与腔模之间的强耦合产生了两个子带间腔极化激元分支，其简正模能量分裂是可调谐的，并且可以在太赫兹区域。在这里，我们表明，通过使用非对称量子阱，它是可能的，允许偶极跃迁之间的不同极化激元分支，导致太赫兹光子的发射。我们提出了这样一个系统的量子场论，并预测，高效率，宽调谐太赫兹激光可以获得。
2013-06-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge induced coherence between intersubband plasmons in a quantum structure
在这项工作中，我们研究了一个低维半导体系统，其中的光-物质相互作用是由大量的偶极振子，在不同的频率，相互锁定库仑相互作用的合作行为增强。我们的实验和理论证明，由于这种现象，具有几个被占用的子带的半导体量子阱的光学响应是一个单一的尖锐的共振，与一个明亮的多子带等离子体激元的激发。这种效应说明了二维系统的整个振子强度如何能够独立于限制势的形状而集中到单个共振中。当这种合作激发调谐在谐振腔模式，它们的耦合强度可以单调增加的电子密度，允许实现的超强耦合制度，室温。
2012-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum model of coupled intersubband plasmons
提出了一个计算半导体量子阱导带电子激发间偶极-偶极耦合的量子模型。我们表明，耦合依赖于一个特征长度，与每个电子激发相关联的微观电流密度之间的重叠。作为耦合的结果，在量子阱中建立宏观极化，对应于电子气的一个或几个明亮的集体模式。我们的模型被应用于推导一个求和规则，并研究了密集电子气吸收谱中隧道耦合和库仑相互作用之间的相互作用。
2014-07-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nano-imaging of intersubband transitions in van der Waals quantum wells
电子学和光电子学的科学和应用已经被半导体异质结构生长的进展驱动了几十年。红外和太赫兹频率范围内的许多应用利用半导体量子阱中的量子态之间的跃迁（子带间跃迁）。然而，目前的量子阱器件在功能性和通用性方面受到扩散界面和晶格匹配生长条件要求的限制。在这里，我们介绍了范德华量子阱中的子带间跃迁的概念，并报告了他们的第一个实验观察。范德华量子阱是由二维（2D）材料自然形成的，并且具有克服上述限制的未开发潜力：它们形成原子级尖锐的界面，并且可以很容易地组合成异质结构，而没有晶格匹配限制。我们采用近场局部探测光谱解决和静电控制前所未有的纳米尺度的空间分辨率的子带间吸收。这项工作使利用子带间跃迁具有无与伦比的设计自由度和适用于光电探测器，LED和激光器的单独电子和光学控制。
2018-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signatures of Discontinuity in the Exchange-Correlation Energy Functional Derived from the Subband Electronic Structure of Semiconductor Quantum Wells
研究表明，密度泛函理论的精确交换相关$(xc)$能量泛函的不连续性在半导体量子阱的子带光谱中自然出现。使用一个\emph{ab-initio} $xc$功能，包括交换精确和相关的精确部分的方式，出现在$xc$潜力的不连续性，每次一个子带变得稍微占用。交换和相关性对不连续性的贡献相反，相关性克服了交换。子带间能量的跳跃与实验数据非常吻合。
2007-02-07 cond-mat.mes-hall
Intersubband polarons in oxides
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Université Côte d'Azur, CNRS, CRHEA（蔚蓝海岸大学，法国国家科学研究中心，高能物理与应用研究中心）；Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院量子电子研究所）；Center for Nanoscience and Nanotechnology, Univ. Paris-Sud, University Paris Saclay（巴黎南大学纳米科学技术中心，巴黎萨克雷大学）
研究氧化物量子井中介子极子的形成机制，通过高密度二维电子气和大介电常数差异实现强耦合，发现极子频率可达基态跃迁频率的三倍。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Wigner-function formalism applied to semiconductor quantum devices: Need for nonlocal scattering models
在设计和优化新一代纳米材料和相关量子器件时，耗散与退相干现象通常通过局部散射模型来解释，例如弛豫时间和玻尔兹曼方案。在这里，我们表明，使用这种局部散射的方法内的Wigner函数形式主义可能会导致非物理的结果，即异常抑制子带间弛豫，不正确的热化动力学，违反概率密度的积极性。此外，我们提出了一个量子力学广义的弛豫时间和玻尔兹曼模型，导致非局部散射超算子，使人们能够克服这些限制。
2017-09-13 cond-mat.mes-hall
Cavity quantum electrodynamics with semiconductor double-dot molecules on a chip
本文描述了一种将半导体双点分子的电子自旋态耦合到微波带状线谐振器的相干控制技术。我们确定了一个新的制度的操作中，分子和谐振腔之间的强相互作用可以实现最小的退相干，达到所谓的强耦合制度的腔QED。我们描述了这种系统的潜在应用，包括低噪声相干电控制，自旋态的快速QND测量，和远程自旋耦合。
2006-05-05 cond-mat.mes-hall
Coulomb-induced synchronization of intersubband coherences in highly doped quantum wells and the formation of giant collective resonances
本研究针对高掺杂半导体量子阱的光学响应异常问题，基于Hartree-Fock近似的密度矩阵方程，揭示库仑诱导的子带间相干同步机制，并用N耦合振子解析理论描述高掺杂下的光物质相互作用，预测蓝移集体共振的特性。
2023-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Intersubband spin-density excitations in quantum wells with Rashba spin splitting
在反转非对称半导体中，自旋-轨道耦合引起价带和导带的k依赖性自旋分裂，这是体结构和异质结构中自旋退相干的众所周知的原因。因此，在器件应用中操纵非平衡自旋相干性需要理解价带和导带自旋分裂如何影响载流子自旋动力学。本文研究了量子阱中集体子带间自旋密度激发（SDES）的退相干机制的相关性。线性自旋密度矩阵响应的密度泛函形式主义，描述了在量子阱的子带，可能是非抛物线和自旋分裂由于体或结构反转不对称（Rashba效应）的导带中的SDES。作为一个例子，我们考虑一个40 nm的GaAs/AlGaAs量子阱，包括Rashba自旋分裂的导子带。我们发现一个耦合和波矢依赖分裂的纵向和横向的SDES。然而，由于动力学交换和关联产生的集体效应，SDES的退相干不是由子带自旋分裂决定的。
2002-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intersubband Quantum Disc-in-Nanowire Photodetectors with Normal-incidence Response in the Long-wavelength Infrared
半导体纳米线为实现与硅技术兼容的宽带光电探测器提供了巨大的潜力。然而，这种探测器的光谱范围迄今为止仅限于紫外线、可见光和近红外线中的选定区域。在这里，我们报告的宽带纳米线异质结构阵列光电探测器表现出从可见光到长波红外的光响应。特别是，从3-20 μ m的红外响应，使垂直入射激发子带间跃迁的低带隙的InAsP量子光盘内的InP纳米线轴向合成。的光学特性解释的光学模式在光子晶体中的纳米结构的部分形成的检测器，结合从合成产生的光盘的非对称电位分布的纵向分量的激发。我们的结果为如何设计宽带纳米线光电探测器以及工程纳米线异质结构如何为光电子学开辟新的迷人机会提供了可概括的见解。
2017-09-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable Antenna-Coupled Intersubband Terahertz (TACIT) Mixers: The Quantum Limit Without the Quantum Liquid
目前，太赫兹（THz）频率的近量子限制外差接收器需要冷却到4K以下的温度。我们正致力于建立基于微波的“可调谐天线耦合子带间太赫兹”（TACIT）外差混频器1-5太赫兹。我们预测，他们可以实现单边带噪声温度为几百K，中频（IF）带宽>10 GHz，而工作在晶格温度>20 K，需要本振（LO）功率约1 $μ$ W。
2019-09-24 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Near-infrared intersubband photodetection in GaN/AlN nanowires
子带间光电子器件依赖于半导体异质结构中量子限制电子能级之间的跃迁，这使得能够在1-30 $μ$ m波长窗口中以皮秒响应时间进行红外（IR）光电探测。将纳米线作为活性介质可以实现对器件的电截面和光吸收截面的独立控制。此外，纳米线异质结构中的三维载流子限制为调整载流子弛豫时间开辟了新的可能性。然而，GaAs纳米线的结构缺陷和表面敏感性的产生，迄今阻碍了纳米线子带间器件的制备。在这里，我们报告的第一个演示子带间的光电探测在纳米线，使用GAN纳米线含有GAN/AlN超晶格吸收在1.55 $μ$ m。光谱光电流测量与8带k $\cdot$ p计算的电子结构的组合支持解释的结果，在这些极短的周期超晶格子带间的光电探测。我们观察到的光电流与入射照明功率的线性依赖关系，这证实了子带间过程的表面状态的不敏感性，并强调了具有大的表面体积比的架构是如何适合作为子带间光电探测器。我们的光电流特性的分析指出了路线的器件性能的改善。这是第一个基于纳米线的子带间光电探测器代表了一项技术突破，为强大的器件平台铺平了道路，该平台具有超快、超灵敏度光电探测器和具有更高热稳定性的高效量子级联发射器的潜力。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Intersubband optical absorption in the GaN/AlN qunatum wire with donor-doping
本文研究了施主掺杂下圆柱形GaN/AlN量子线与量子点的子带间光吸收，发现量子线因自由运动态密度导致吸收低于量子点，揭示了纳米结构对光电器件光学性质的影响。
2025-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Oscillator strengths of the intersubband electronic transitions in the multi-layered nano-antidots with hydrogenic impurity
在球对称介质连续模型和有效质量近似下，我们得到了多层量子反点（MLQAD）的薛定谔方程的精确解. MLQAD是纳米结构的半导体系统，其由球形核（例如$Ga_{1-x}Al_{x}As $）和涂覆的球形壳（例如$Ga_{1-y}Al_{y}As $）组成，因为整个反点嵌入在块体材料（例如$GaAs $）内。研究了电子能谱及其径向几率密度随纳米系统半径的变化关系。对有限和无限约束势（CP）以及壳层厚度不变的情况下，在不同半径下，从基态到两个第一允许激发态的子带间量子跃迁的振子强度进行了数值计算和分析.它表明，特别是，结合能和类氢杂质的MLQAD的振子强度的行为不同于单层量子反点（SLQAD）。对于具有有限核壳CP的MLQAD，杂质的态能量和振子强度被发现依赖于壳层厚度。在大的核半径和非常小的壳层厚度，我们的结果更接近于以前报道的SLQAD的相应值。
2013-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cavity quantum electrodynamics with semiconductor quantum dots: The role of phonon-assisted cavity feeding
对于与微腔强耦合的半导体量子点，我们从理论上研究了激子到腔光子的声子辅助跃迁，其中能量失配由声子发射或吸收补偿.通过Schriffon-Wolff变换，我们导出了描述激子-腔耦合和激子-声子耦合的有效哈密顿量，并利用费米黄金法则方法计算了散射率。将这种方法的结果与最近报道的基于独立玻色子模型的描述方案[U。Hohenester等人，Phys.Rev.B80，201311（R）（2009）]和数值密度矩阵方法。所有的描述方案给出了非常相似的结果。我们目前的自发发射寿命的量子点最初填充与一个单一的激子或双激子，和光谱特性的光驱动点腔系统在强耦合制度。我们的研究结果表明，声子辅助馈电强耦合点腔系统中起着主导作用，当失谐是几个毫电子伏的顺序。
2009-12-28 cond-mat.mes-hall
Evaluating charge noise acting on semiconductor quantum dots in the circuit quantum electrodynamics architecture
本文研究了GaAs/GaAlAs基半导体双量子点偶极耦合超导传输线谐振器电压振荡时的电荷噪声。通过谐振器传输的微波音调的同相（$I$）和正交（$Q$）分量对双点周围环境中的充电事件敏感，最佳灵敏度为$8.5\times10^{-5} \mbox{e}/\sqrt{\mbox{Hz}}$。一个低频$1/f$型噪声谱结合的白噪声水平的$6.6\times10^{-6}$ $\mbox{e}^2/\mbox{Hz}$以上$1$ Hz提取，与以前的结果与量子点接触电荷探测器上类似的异质结构。$1/f$噪声的斜率允许提取双点电荷量子比特退相速率的下限，我们将其与从Jaynes-Cummings Hamilton方法提取的下限进行比较。发现这两个速率是相似的，强调电荷噪声是我们系统中失相的主要来源。
2014-05-13 cond-mat.mes-hall
Superconductor-semiconductor hybrid cavity quantum electrodynamics
单粒子水平的光-物质相互作用通常在原子、分子和光学物理的背景下进行探索。量子信息科学的最新进展使人们有可能探索超导腔中捕获的光子与超导量子比特之间的相干相互作用。半导体中的自旋可以具有非常长的自旋相干时间，并且可以在硅中被隔离，硅是半导体微电子工业的主力材料。在这里，我们回顾了最近的进展，混合“超半”量子系统相干耦合超导腔半导体量子点。我们首先提出了一个概述的基础物理，支配超导腔，半导体量子点的行为，以及它们的相互作用模式。然后，我们调查在该领域的实验进展，集中在最近的演示腔量子电动力学在强耦合制度与单电荷和单自旋。最后，我们广泛地讨论了未来研究的前景。
2019-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Developing high-impedance superconducting resonators and on-chip filters for semiconductor quantum dot circuit quantum electrodynamics
本文研究利用高动态电感NbN薄膜制备高阻抗超导谐振器和片上LC滤波器，测得15 nm薄膜方块动态电感为41.2 pH/□，滤波器在8 GHz附近衰减达60 dB，以增强半导体量子点自旋-光子耦合。
2023-06-28 cond-mat.mes-hall
Symmetric reflection line resonator for semiconductor circuit quantum electrodynamics
我们设计并制作了一个半波长反射线谐振器（RLR），它由一对耦合在GaAs/AlGaAs异质结上的微带线组成。通过改变谐振腔下二维电子气的顶栅电压，可以获得大范围的品质因数。二维电子气中的能量损失可以被最小化，从而实现适合于与半导体量子线路集成的通用谐振器。
2013-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-thin van der Waals crystals as semiconductor quantum wells
在低能量下控制电子光谱是现代先进电子设备的核心功能：高电子迁移率晶体管，半导体和Capasso太赫兹激光器等。这些装置中的大多数依赖于量子阱中电子尺寸量子化的精细工程。然而，在2D材料的情况下还没有探索过这种途径。在这里，我们将这个概念转移到范德华异质结构，利用几层薄膜的InSe量子阱。对子带能量及其均匀性的精确控制保证了这种系统中极高质量的电子传输。使用新型的隧道和发光器件，我们第一次揭示了完整的子带结构，通过研究共振特性的隧道电流，光吸收和光发射。在未来，这些系统将允许原子薄的红外和太赫兹光源的基础上，在几层膜的范德华材料的子带间的光学跃迁的基本块的发展。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall
Macroscopic Quantum Electrodynamics and Density Functional Theory Approaches to Dispersion Interactions between Fullerenes
商业有机半导体（例如富勒烯）的加工和材料性质在很大程度上受其精确排列控制，特别是分子间对称性、距离和取向，更具体地说，分子极化率。这些超分子参数严重影响它们的电子结构，从而决定了分子物理学，并因此决定了它们作为n型半导体的可用性。在这篇文章中，我们使用两种方法评估富勒烯二聚体模型系统的范德华势：a）密度泛函理论和，b）宏观量子电动力学，这是特别适合于描述远程范德华相互作用。从本质上讲，我们确定和解释模型的对称性，距离和旋转的结合能和光谱变化的依赖关系。由此产生的频谱调谐比较使用这两种方法，显示对应的约束内放置的不同的模型假设。我们设想，在这篇文章中提出的宏观方法和结构/性能关系的应用将在基础超分子电子学中找到用途。
2020-09-25 cond-mat.mes-hall
Pure spin photocurrents in low-dimensional structures
众所周知，半导体中圆偏振光的吸收导致电子自旋的光学取向和螺旋度相关的光电流，而线偏振光的吸收伴随着电子动量的光学取向。在这里，我们表明，非偏振光的吸收导致产生的纯自旋电流，虽然两者的平均电子自旋和电流消失。我们证明了这一点，直接带间和子带间以及间接带内（德鲁德式）的半导体量子阱（QWs）的光学跃迁。
2005-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic waves reflection, transmission and absorption by graphene - magnetic semiconductor - graphene sandwich-structure in magnetic field: Faraday geometry
从理论上研究了石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构的电动力学性质。分析了石墨烯-半无限磁性半导体和石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构中石墨烯层对电磁波传播的影响。计算了这种结构对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。分析了结构厚度的尺寸效应。已经显示了通过外部磁场有效控制石墨烯-磁性半导体-石墨烯三明治结构的电动力学性质的可能性。
2014-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Pure spin photocurrents
纯自旋电流，即，具有相反自旋取向的粒子的逆流可以光学地注入半导体中。在这里，我们发展了一个唯象理论，它描述了由线性偏振光激发的自旋电流的偏振依赖性在体半导体和量子阱结构的各种对称性。我们提出了纯自旋光电流的微观描述带间光跃迁在未掺杂的量子阱以及直接子带间和间接intrasubband（Drude样）的过渡在n-掺杂量子阱结构。我们还表明，纯自旋电流可以产生足够低的对称性的结构，通过简单的电子气加热。理论结果与最近的实验观测进行了比较。
2008-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic Waves Reflectance of Graphene -- Magnetic Semiconductor Superlattice in Magnetic Field
在考虑耗散过程的Faraday几何下，对置于磁场中的石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质进行了理论研究。采用传输矩阵法计算了不同周期数和不同周期尺寸的超晶格对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质的有效控制的可能性已经被证明。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical dressing of the electronic response of two-dimensional semiconductors in quantum and classical descriptions of cavity electrodynamics
研究了光腔中真空光与物质相互作用的量子效应。我们专注于放置在一个平面腔体内的二维半导体的电子响应。通过使用的电子-光子相互作用的图解扩展，我们描述了光-物质杂交的特征在于在共振频率的光谱权重的大的不对称移位的签名。我们遵循光敷料从腔到自由空间极限的演变。在腔的限制，轻物质杂交的结果在修改的光学间隙与相当大的光谱重量出现在裸露的间隙边缘以下。在大腔的限制下，我们发现了一个剩余的光谱权重的重新分配变得独立的两个镜子之间的距离。我们表明，光子敷料的电子响应可以完全解释使用经典的光的描述。经典的描述被发现举行了强耦合制度的光-物质相互作用突出的大修改的光子谱相对于空腔。我们表明，尽管强耦合，量子校正是可以忽略不计的小，弱依赖于腔约束。因此，与光学带隙相反，单粒子电子带隙不被强耦合明显地改变。我们的结果表明，量子校正是由非共振光子模式在高能量。因此，光腔限制很难被看作是控制真空中光与物质相互作用的量子效应的旋钮。
2021-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Emergence of the strong tunable linear Rashba spin-orbit coupling of two-dimensional hole gases in semiconductor quantum
半导体量子阱中的二维空穴气体是自旋电子学和量子计算的有前途的平台，但苦于缺少Rashba自旋轨道耦合（SOC）中的$\bf{k}$ -线性项，其对于无磁性的自旋操纵是必不可少的，并且通常被认为是作为最低阶的$\bf{k}$ -立方项。在这里，与传统的智慧相反，我们发现了一个强大的和可调的$\bf{k}$ -线性Rashba SOC在二维空穴气体（2DHG）的半导体量子阱通过执行原子赝势计算相结合的Ge/Si量子阱的模型系统的有效哈密顿量。它的最大强度超过120 meV，与窄带隙III-V族半导体2D电子气体中报道的最高值相当，由于核自旋的存在，其自旋寿命短。我们还说明，这种紧急$\bf{k}$线性Rashba SOC是一个一阶直接Rashba效应，起源于重空穴-轻空穴混合和直接偶极子带间耦合到外部电场的组合。这些发现证实了Ge基2DHG是大规模量子计算的优秀平台。
2020-09-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Thresholdless Coherent Light Scattering from Subband-polaritons in a Strongly-Coupled Microcavity
我们研究了一个“强耦合”（SC）极化激元系统之间形成的半导体纳米结构和太赫兹光模式，是本地化的金光圈的边缘的原子样子带间的过渡。极化激元可以被光学地激发，通过带隙辐射的非相干激发，并且我们发现它们也相干地散射相同的输入激光，在后向散射光谱中给出惊人尖锐的“边带”（SB）光谱峰。SB强度是极化激元密度的敏感轨迹，并且它们可以被检测到低于可比量子级联激光二极管的激发阈值的2500倍以上的量子噪声基底。与其他相干散射机制相比，更高阶的SB散射事件是容易观察到的，我们推测，该效应可能会在电信系统中作为一种无源全光波长移位机制。
2010-06-30 cond-mat.mes-hall
Direct Optical Excitation of Quantum-Degenerate Exciton States in Semiconductors
量子电动力学计算预测，真正的非相干光可以用来有效地产生量子简并激子布居态。共振非相干激发直接将光子转换成具有消失的质心动量的激子。布居激子态具有长程序，对微扰非常稳定，并且应该通过其不寻常的方向和密度依赖性在发光测量中可观察到。
2004-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Impact of electron-phonon interactions on quantum-dot cavity quantum electrodynamics
光子纳米腔中的半导体量子点（QD）为量子信息处理和腔量子电动力学（QED）提供了单片的、鲁棒的平台。这种固态腔QED系统的一个固有特征是电子-声子相互作用的存在，这使这些系统与传统的原子腔QED区别开来。了解电子-声子相互作用对这些系统的影响对于控制和利用它们所展示的丰富物理学是必不可少的。在这里，我们研究了电子-声子相互作用对基于量子点的腔QED系统的影响。当量子点和腔处于非共振状态时，我们观察到声子辅助的腔模辐射，它强烈依赖于温度和腔失谐量。当它们共振时，我们观察到一个不对称的真空拉比双重态，其分裂随温度的升高而变窄。这些实验观察可以很好地再现使用腔QED模型，包括电子-声学-声子相互作用。我们的工作提供了重要的，但迄今为止知之甚少的机制，非共振量子点腔耦合和各种腔QED系统的物理利用发射耦合到声子，如氮空位中心在金刚石和胶体纳米晶体。
2009-08-06 cond-mat.mes-hall
Frequency cavity pulling induced by a single semiconductor quantum dot
本文研究了在弱耦合条件下，确定性耦合到受限光模的单个半导体量子点的发光特性。当改变发射器和腔之间的光谱失谐时，腔模发射的强拉、加宽和变窄被证明。理论上考虑了量子点跃迁的声子辅助发射。这些观察突出了一个新的情况腔量子电动力学涉及光谱宽发射器。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit-quantum electrodynamics with direct magnetic coupling to single-atom spin qubits in isotopically enriched 28Si
硅纳米纤维的最新进展已经允许操纵与噪声源极其隔离的自旋量子位，因此是真空中单个原子的半导体等效物。我们研究了将电子自旋量子比特直接耦合到超导共振器磁真空场的可能性。通过使用经修改以增加量子位位置处的真空磁场的谐振器和同位素纯化的28 Si衬底，可以实现比单自旋退相更快的耦合速率。这为具有自旋的电路量子电动力学开辟了新的途径，并为通过超导谐振器色散读出自旋量子比特提供了途径。
2014-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering Effects of Vacuum Fluctuations on Two-dimensional Semiconductors
在经典电磁学中，原子、分子和固体的共振能和跃迁率被理解为它们的内禀性质。随着量子电动力学的发展，人们认识到这些量与跃迁偶极和量子真空的耦合有关。这种效应在宏观多体系统中可以从偶极子之间的虚光子交换中被极大地放大，但通常被不均匀性和纯失相所掩盖，特别是在固体中。在这里，我们观察到一个非常大的重整化激子共振和辐射衰减率在过渡金属dichalcogenides单层由于与真空的相互作用，在吸收和发射光谱。调谐单层附近的真空能量密度，我们展示了合作兰姆位移，辐射衰减和谷极化的控制，以及控制的带电激子发射。我们的工作建立了一个简单而强大的真空工程合作的物质-光相互作用的实验系统。
2019-03-15 cond-mat.mes-hall
Entangling distant resonant exchange qubits via circuit quantum electrodynamics
我们研究了一个由空间分离的共振交换量子比特组成的混合量子系统，定义在三电子半导体三重量子点中，通过超导传输线谐振器耦合。借鉴电路量子电动力学和Hartmann-Hahn双共振技术的方法，我们分析了在色散和共振相互作用机制中实现共振介导的双量子比特纠缠门的三种具体方法。我们计算了纠缠门的量子数以及通过声子的弛豫率，在硅三重点中的共振交换量子位，并表明这样的实现是特别适合于实现强耦合制度。我们的方法结合了硅中编码自旋量子比特的良好相干特性和电路QED系统提供的快速而强大的长程纠缠。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconductor-semiconductor hybrid capacitance with a nonlinear charge-voltage profile
本研究提出一种由纳米线与共面电容器构成的超导体-半导体混合电容器件，其因低温下纳米线有限态密度产生电荷相关的非线性有效电容，且非线性可外场调控，适用于量子计算与电路量子电动力学。
2023-06-15 cond-mat.mes-hall
Graphene: new bridge between condensed matter physics and quantum electrodynamics
石墨烯是真正二维晶体的第一个例子-它只是一层碳原子。它是一种具有独特电子特性的无带隙半导体，这是由于石墨烯中的电荷载流子在电子和空穴之间表现出电荷共轭对称性，并且具有类似于超相对论基本粒子的“手性”的内部自由度。它为凝聚态物理和量子电动力学（QED）之间架起了一座桥梁。特别是，相对论Zitterbewegung导致在零掺杂的极限下电导量子$e^2/h$的最小电导率;克莱因悖论（相对论粒子的隧穿）的概念提供了对电子通过势垒传播的基本见解;电荷杂质周围的真空极化对于理解石墨烯中的高电子迁移率至关重要;指数定理解释了反常的量子霍尔效应。
2007-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin currents, spin populations, and dielectric function
在麦克斯韦电动力学中，本构方程中包含了对外场响应的特定性质。对于非中心对称半导体，自旋电导率可以用自旋分裂谱分支之间的电偶极跃迁对介电函数的贡献来表示。在无耗散区，由外部电场驱动的自旋电流相当于对称性降低的平衡系统中的背景电流。瞬态和梯度的重要性，有效的自旋电流注入强调。
2004-04-29 cond-mat.mes-hall
Deterministic strain-induced arrays of quantum emitters in a two-dimensional semiconductor
量子光子学的一个突出挑战是可扩展性，这需要以确定性的方式定位单个量子发射器。在已建立的平台中，包括金刚石和自组装量子点中的缺陷，已经取得了站点定位进展，尽管通常具有折衷的相干性和光学质量。层状过渡金属二硫属化物半导体中单量子发射体的出现为构建可扩展的量子体系结构提供了新的机会。在这里，使用纳米级应变工程，我们确定性地实现了一个二维晶格的量子发射器在原子级薄的半导体。我们在单层和双层WSe 2中产生点状应变扰动，其局部修改带隙，从而使激子有效地向孤立的应变调谐量子发射器运动，该量子发射器表现出高纯度的单光子发射。这些非经典发光体阵列为二维半导体在腔量子电动力学和集成片上量子光子学中开辟了新的前景。
2016-10-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics with Anderson-localized Modes
量子光学和量子信息技术的一个主要挑战是增强单光子与单量子发射体之间的相互作用。高度工程化的光学腔通常需要纳米级制造精度来实现。我们展示了一种根本不同的方法，其中无序被用作资源，而不是滋扰。我们通过在光子晶体波导中加入无序来产生强受限的安德森局域腔模。嵌入波导中的半导体量子点的发射率在与安德森局域模共振时增强了15倍，并且94%的发射单光子耦合到该模式。因此，无序光子介质为量子电动力学提供了一个有效的平台，提供了一种方法来固有的无序鲁棒性量子信息设备。
2010-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Giant Superfluorescent Bursts from a Semiconductor Magnetoplasma
目前，对超辐射（SR）的概念存在相当大的复兴兴趣，即，由于合作自发发射而引起的激发偶极子的加速弛豫，首先由Dicke在1954年提出。最近的作者讨论了SR在不同的背景下，包括腔量子电动力学，量子相变，等离子体激元。这些不同实验的核心是组成粒子通过它们的辐射场相互相干耦合，辐射场共同控制整个系统的动力学。在SR最令人兴奋的形式，称为超荧光（SF），宏观相干自发地建立了一个最初不相干的激发偶极子系综，然后突然衰减。在这里，我们证明了这种光子介导的，合作的，多体状态的出现在一个非常不可能的系统：半导体中的超密度电子空穴等离子体。我们观察到强烈的，延迟的脉冲，或突发，相干辐射从高度光激发的半导体量子阱与随之而来的突然减少人口从总反转为零。与先前报道的发生在纳秒时间尺度上的原子和分子系统中的SF不同，这些强烈的SF突发具有皮秒脉冲宽度，并且相对于激发脉冲在时间上延迟数十皮秒。它们只在足够高的激发功率和磁场以及足够低的温度下出现--在这些温度下，引起退相干的各种相互作用被抑制。我们提出了理论模拟的基础上的超高密度电子-空穴对的弛豫和重组动力学的量子化磁场，成功地捕捉到的显着特点的实验观察。
2011-12-09 cond-mat.mes-hall
Split-Gate Cavity Coupler for Silicon Circuit Quantum Electrodynamics
最近在硅双量子点（DQD）中实现了电荷-光子和自旋-光子的相干耦合。在这里，我们展示了一个多功能的分裂栅腔耦合器，允许一个以上的DQD耦合到同一个微波腔。作为水平失谐的函数的腔传输的测量产生电荷腔耦合速率$g_c/2π$ = 58 MHz，电荷退相干速率$γ_c/2π$ = 36 MHz，以及腔衰减速率$κ/2π$ = 1.2 MHz。电荷腔耦合率与器件模拟结果吻合较好。我们的耦合技术可以扩展到使多个DQD同时耦合到相同的腔模式，打开大门，使用微波频率光子的半导体量子位的远程耦合。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Epitaxial lift-off for solid-state cavity quantum electrodynamics
我们提出了一种新的方法，将自组装的量子点到Fabry-Pérot-like微腔。由此，外延去除包含量子点的3 $λ$ /4 GaAs层，并通过范德华键合将其附接到微腔镜之一。我们达到了高达4,100的精细度，这种配置受到介质镜反射率的限制，而不是受到半导体-镜界面处散射的限制，表明外延剥离过程是固态腔量子电动力学的一个有前途的过程。作为在这个方向上的第一步，我们证明了一个明确的腔量子点相互作用在弱耦合制度与Purcell因子在3的顺序。通过珀塞尔因子的耦合强度的估计表明，我们接近强耦合制度。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gate-Compatible Circuit Quantum Electrodynamics in a Three-Dimensional Cavity Architecture
本文提出一种在三维微波腔中集成直流栅极线的技术，用于探测栅极可调混合器件，并通过InAs-Al纳米线约瑟夫森结验证了该设计，实现了gatemon量子比特的栅极可调腔频移和双音光谱。
2024-03-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory and design of quantum light sources from quantum dots embedded in semiconductor-nanowire photonic crystal systems
我们介绍了一种新的平台，用于实现芯片上的量子电动力学使用光子晶体波导结构组成的周期性纳米线阵列与嵌入半导体量子点作为量子光源。这些基于波导的结构，现在可以制造具有优异的精度，被发现产生波导Purcell因子超过100和片上β因子高达99%。我们研究了光子晶体波导和有限尺寸结构的基本光学性质，使用光子能带结构计算和严格的格林函数计算，使我们能够获得模式特性和光子态的局域密度。与基于平板的光子晶体的比较也作出了，我们强调了在纳米线系统的关键优势，包括潜在的，以尽量减少非本征散射损失，并产生高的理论Purcell因子和β因子的芯片上。我们还表明，这些结构表现出丰富的光子兰姆位移在宽带频率。
2014-11-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single-photon nonlinearity of a semiconductor quantum dot in a cavity
腔中的单原子是腔量子电动力学的模型系统。原子和腔受限光子之间的强耦合机制对应于两种模式之间的能量的可逆交换，并且支持广泛的CQED现象，其在量子信息科学中具有应用，包括例如作为量子逻辑门和作为纠缠态的源。近年来，首次报道了微米级固体腔中局域量子点的激子与腔光子之间的强耦合，取得了重要进展。这在可扩展性和与其他光学器件的集成方面具有重要意义，并可能导致“芯片上的量子光学”技术的出现。然而，到目前为止，量子点的结果都是线性的，对应于与真空场的耦合（真空拉比分裂）;它们不是真正的QED效应，可以用经典物理学描述为两个振荡器之间的耦合。在本文中，我们提出了一个纯粹的量子现象的QD/腔光子系统，即增加分裂的水平时，在腔中的平均光子数增加的证据。这对应于单光子尺度上的非线性：腔中单个激发的存在改变了能级结构，影响了第二个光子的发射能量。这些结果是证明量子点在CQED应用中的前景的第一步。
2006-12-01 cond-mat.mes-hall
Fluctuation electrodynamics of quantum capacitance in electron bilayers
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Geneva（日内瓦大学）
本文建立电子双层量子电容的涨落电动力学理论，揭示层间关联通过耦合等离激元贡献电容，且石墨烯双层的层间修正因带间屏蔽异常，可作为层间配对探针。
2026-11-03 cond-mat.mes-hall
All-Microwave Control and Dispersive Readout of Gate-Defined Quantum Dot Qubits in Circuit Quantum Electrodynamics
发展快速准确的控制和读出技术是利用半导体量子比特进行量子信息处理的一个重要挑战。本文研究了GaAs/AlGaAs双量子点（DQD）电荷量子比特与高阻抗SQUID阵列谐振器强耦合的动力学和相干特性。我们用合成的微波脉冲驱动量子比特跃迁，并通过量子比特在色散耦合谐振器上产生的依赖于状态的频移来执行量子比特读出。我们进行拉比振荡，拉姆齐条纹，能量弛豫和哈恩回波测量，并发现显着降低退相干率下降到$γ_2/2π\sim 3\,\rm{MHz}$对应的相干时间高达$T_2 \sim 50 \, \rm{ns}$的电荷状态在门定义的量子点量子比特。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Reducing phonon-induced decoherence in solid-state single-photon sources with cavity quantum electrodynamics
固态发射器是开发集成单光子源的优秀候选者。然而，声子通过零声子线的纯退相和声子辅助发射降低光子不可逆性。在这里，我们从理论和实验上研究了半导体量子点在微腔中发射的光子的不可逆性作为温度的函数。我们发现，一个大的耦合到一个高品质因数腔可以同时减少两个声子引起的退相干源的影响。它首先限制了纯退相对零声子线的影响，其不可逆性高于$97\%$直到$18$ K。此外，它有效地将声子边带重定向到零声子线，并带来了来自$87\%$的全发射光谱的不可分辨性（分别为）。$24\%$），无空腔效应，大于$99\%$（分别$76\%$）在$0$ K（分别$20$ K）。我们提供了最佳的腔设计，进一步减少声子诱导的退相干的指导方针。
2017-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron transport of a quantum wire containing a finite-size impurity under THz electromagnetic field illumination
本文研究了弹道极限下含单个有限尺寸吸引杂质的半导体量子线在太赫兹电磁场照射下的电子输运性质。在有效质量自由电子近似下，用含时模式匹配法导出了系统的散射矩阵。通过几组数值算例，显示了该系统电子传输的一些有趣性质。结果表明，在较强的场振幅和与杂质区两个最低横向能级共振的频率下，场诱导的子带间跃迁占主导地位。透射率随入射电子能量的变化存在阶跃。而在较低的场振幅和非共振频率下，由于杂质和外场的存在，电子透射率对入射能量的依赖关系出现了多个对称的Breit型共振峰和非对称的Fano型下降线.因此，在一定的能量范围内，作为场频率和/或场振幅的函数的透射显示出丰富的结构。此外，还讨论了杂质的强度和尺寸对透射率的影响。我们认为这些结果主要是由于量子线中的杂质与外电场之间的相互作用引起的。
2005-02-16 cond-mat.mes-hall
Light absorption coefficient of an ordered array of spherical quantum dot chains
我们考虑了GaAs/Al $_{x}$ Ga $_{1-x}$ As半导体系统中一维球形量子点链阵列的子带间电子跃迁。由这些跃迁引起的吸收系数的计算依赖于入射光的频率和偏振和费米能级的位置，和温度。我们建立了两个最大值的吸收系数在吸收带的边缘的存在。结果表明，吸收系数在$s$ -，$p$ -类子带之间的区域的中心处达到最大值，并随温度略有变化。线偏振光波入射到链上的方向从垂直到平行的变化导致吸收带急剧变窄。结果表明，随着量子点半径的减小，吸收带宽增大。分析了GaAs/Al $_{x}$ Ga $_{1-x}$ As超晶格的吸收系数与基体中铝浓度的关系。
2017-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Optoelectronic device simulations based on macroscopic Maxwell-Bloch equations
宏观Maxwell-Bloch（MB）方程由于其直观性、灵活性和相对的数值效率，被广泛应用于描述离散能级量子系统介质中的光传输和相干光-物质相互作用的半经典、半唯象模型。本文重点介绍该模型在量子级联和量子点激光器等先进光电子器件中的应用。Bloch方程在这里被视为一个密度矩阵模型的驱动量子系统的两个或多个离散的能级，其中耗散是由Lindblad项。此外，严格推导了半导体波导结构和光纤的一维MB方程。特殊的解析解和合适的数值方法。由于MB方程在计算电动力学中的重要性，重点放在不同的数值方案的比较上，无论有没有旋转波近似。实现额外的效果，可以成为相关的半导体结构，如空间烧孔，不均匀的加宽和局部场校正，进行了讨论。最后，链接到微观模型和适当的Lindblad形式主义的扩展进行了简要说明。
2020-06-09 cond-mat.mes-hall
