Hyperfine-assisted fast electric control of dopant nuclear spins in semiconductors
半导体中掺杂原子的核自旋由于其量子态的长寿命而成为量子比特的有希望的候选者。传统上，核自旋的相干控制是使用交流磁场完成的。以硅中的磷原子为例，我们从理论上证明了超精细相互作用可以提高磁控制的速度：施主上的电子放大了核自旋感受到的交流磁场。基于这一结果，我们表明，超精细相互作用也提供了一种手段，以控制核自旋有效地使用一个交流电场，在存在的内在或人工的自旋轨道相互作用。这种电控制方案在非均匀磁场存在下保持两个电子的混合点施主系统中特别有效和抗噪声。本文提出的机制可以作为构建基于核自旋的电子量子信息体系结构的基础。
2018-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noise enhanced spontaneous chaos in semiconductor superlattices at room temperature
表现出快速自发混沌振荡的物理系统被用于在随机数发生器中产生高质量的真随机序列。使用快速实用熵源来产生真随机序列的概念对于以非常高的速度使数据的存储和传输更加安全至关重要。虽然第一个高速器件是混沌半导体激光器，但在室温下半导体超晶格中自发混沌的发现提供了一种有价值的纳米技术选择。在1996年的实验中，在低于液氮的温度下观察到了自发混沌。在这里，我们表明在室温下自发混沌出现在理想化的超晶格的电压范围内，不同的振荡模式之间的急剧转变发生。内部和外部噪声拓宽了这些电压范围，并增强了超晶格蜗牛状混沌吸引子对初始条件的对初始条件的敏感性，从而使自发混沌更鲁棒。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall
Fast and Sensitive Readout of a Semiconductor Quantum Dot Using an In-Situ Microwave Resonator with Enhanced Gate Lever Arm
Physics and Astronomy Department, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校物理与天文学系）
本研究构建了Si/SiGe双量子点与铌超导共面带状线微波谐振器的混合架构，通过MaSQE模拟优化栅极杠杆臂实现快速灵敏色散读出，测得34.54纳秒积分时间下信噪比为1，对应14.48 MHz带宽与高电荷灵敏度，并分析了读出噪声特性。
2026-10-22 cond-mat.mes-hall
Fast control of semiconductor qubits beyond the rotating-wave approximation
我们提出了一个理论研究的单量子比特操作的振荡场在各种半导体平台上。我们明确地展示了如何通过超越普遍使用的旋转波近似（RWA）制度，同时仅使用两个正弦脉冲来执行更快的门操作。不需要复杂的脉冲整形或最佳控制序列。我们首先表明，具体公布的实验有多少误差是目前所产生的实施脉冲设计使用标准RWA。然后，我们表明，即使是适度的增加门速度将导致问题，在使用RWA的单重态-三重态（ST）和共振交换（RX）量子位的门设计。我们讨论在何种程度上保持较高的订单分析微扰理论将解决这个问题。更引人注目的是，我们给出了一个新的处方门控强耦合远远超出RWA制度。我们对两个连续脉冲的相位和持续时间进行了数值计算，以实现耦合强度高达量子比特分裂数倍的关键Hadamard和$\fracπ{8}$门。在这种明显的非RWA状态下工作，门操作速度提高了两到三个数量级。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid superconductor-semiconductor systems for quantum technology
超导量子器件提供了出色的连通性和可控性，而半导体自旋量子位以其持久的量子相干性、快速控制以及小型化和缩放的潜力而脱颖而出。在过去的几年里，在将超导电路和半导体器件结合成混合量子系统方面取得了显着进展，该系统受益于两种成分的物理性质。超导腔可以在电子自由度（例如半导体芯片上的单个电子的自旋）之间的长距离上调节量子相干耦合，从而为量子器件提供必要的连接性。半导体量子点中的电子自旋已经达到非常长的相干时间，并且允许快速的量子门操作，同时增加量子效率。我们总结了描述超导-半导体混合量子系统的最新进展和理论模型，解释了这些系统的局限性，并描述了未来实验和理论的不同方向。
2020-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tuning methods for semiconductor spin--qubits
我们提出了有效的方法来可靠地表征和调整门定义的半导体自旋量子比特。我们的方法是针对GaAs异质结构中半导体双量子点的调谐过程而设计的，但可以很容易地适用于其他量子点类量子比特系统。这些调谐过程包括点间隧道耦合的表征、与周围引线的隧道耦合以及用于量子位操作的各种快速初始化点的识别。由于基于量子点的自旋量子位与标准半导体工艺技术兼容，因此有望实现良好的可扩展性，因此一旦达到多量子位阶段，有效调整量子点参数的挑战只会在不久的将来增长。由于预期将用作未来自动调整协议的基础，这里提供的所有测量都是快速执行和易于分析的表征方法。它们可以在几秒钟内对相关量子位参数进行定量测量，几乎不需要人为干预。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall
Polarons in semiconductor quantum-dots and their role in the quantum kinetics of carrier relaxation
虽然含时微扰理论表明在半导体量子点中载流子-声子散射效率低，但我们证明了载流子-声子相互作用的量子动力学描述预测了快速载流子捕获和弛豫。所考虑的过程在自由载流子能量方面不满足能量守恒，因为局域量子点态的极性耦合强烈地改变了这一图像。
2005-01-20 cond-mat.mes-hall
Strain distributions in lattice-mismatched semiconductor core-shell nanowires
研究了晶格失配核壳纳米线的弹性形变场。作者考虑无限导线的六边形截面的假设下，平移对称。应变分布的发现，通过最小化每单位细胞的弹性能量，使用有限元方法。作者发现，应变的轨迹是不连续的，在核和壳之间具有简单的、几乎分段的变化，而应变的各个分量可以表现出复杂的变化。
2010-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical phonon modulation in semiconductors by surface acoustic waves
研究了在半导体晶体表面传播的声表面波对晶体中光学声子的调制。SAW场诱导Si和GAN晶体中光学声子的平均拉曼散射强度的数量级为10 \textsuperscript{-3}的变化。SAW诱导的拉曼截面的修改占主导地位的SAW应变场的光学声子能量的调制。除了这种本地的贡献，实验给出的证据，从SAW应变场的空间变化所产生的较弱的和非本地的贡献。后者是由于激活的光学模式与大波矢量，因此，较低的能量。实验结果与理论模型相吻合，证明了$μ$ m波长的声表面波可以对光学声子进行操纵
2016-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Theory of electron transport and emission from a semiconductor nanotip
一个有效的质量为基础的模型占导带量子化的高纵横比半导体纳米尖被开发来描述注入的电子输运和随后的电子发射从纳米尖。一个传输矩阵的形式主义是用来处理的尖端直径和电子发射的变化引起的电子散射。数值分析的散射和发射概率的金刚石参数化的纳米尖模型。我们的散射和发射模型进一步结合蒙特卡罗（MC）的方法来模拟电子输运通过nanotip。MC模拟，也占电子-声子散射和外部施加的电场，进行最小的纳米尖模型和等效宽度的金刚石板。的水平量子化，电子散射由于纳米尖端直径的变化，和电子-声子散射的纳米尖端的发射特性的影响被确定和散装板的情况下相比。
2019-04-15 cond-mat.mes-hall
Theory of Spin Orientation of Semiconductor Carriers at a Ferromagnetic Interface
本文提出了半导体电子与铁磁体界面处肖特基势垒自旋散射的量子理论。非极化非平衡载流子的反射在半导体中产生自发自旋极化。如果净自旋极化预先存在于半导体中，则铁磁体磁化和入射载流子极化的组合结合以倾斜半导体中的反射极化。自旋反射特性的系统特性的函数进行了研究：肖特基势垒高度，半导体掺杂和施加的偏压。由于势垒宽度与电子能量的变化对反射的影响进行了对比，两种方法的激发：光学或电学。光激发电子具有比来自非磁性欧姆接触的近平衡激发更宽的能量扩展。
2003-02-04 cond-mat.mes-hall
Tomography of the two-electron spin qubits in semiconductors
提出了一种利用层析技术重建半导体量子点中双电子自旋量子比特态的方法。该过程利用了对被困在点中的电子自旋的快速门操作和底层Ga和As核的动态核极化的组合。该方法可作为固态量子计算中全面表征量子比特态及其关联的重要工具。
2010-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin dynamics in semiconductors
本文综述了半导体自旋动力学的研究现状，由于半导体自旋电子学的迅速发展，半导体自旋动力学在过去几年中取得了很大的进展。主要集中在自旋弛豫和退相的理论和实验发展的自旋进动在时域和自旋扩散和输运在空域。综述了基于动力学自旋Bloch方程方法的自旋动力学的全微观多体研究。
2010-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
D- shallow donor near a semiconductor-metal and a semiconductor-dielectric interface
计算了位于半导体-金属或半导体-介质界面附近的负施主（D-）的基态能量和波函数的扩展。我们应用有效质量近似，并使用一个变分的两电子波函数，考虑到所有图像电荷的影响，由于存在的接口，以及绑定到施主的两个电子之间的相关性。对于电子-金属界面，由于电子与其图像的额外吸引，施主位置d>1.5a_B（a_B是有效玻尔半径）的D-结合能增强。当供体接近界面（即d<1.5a_B）时，D-结合能下降，并且最终其变得未结合。对于超导体-电介质（或超导体-真空）界面，与体情况相比，对于任何供体位置，D-结合能降低，并且当供体接近界面时，系统变得快速未结合。
2010-05-13 cond-mat.mes-hall
Focusing of Spin Polarization in Semiconductors by Inhomogeneous Doping
本文在双组分漂移扩散模型下研究了n型半导体中非平衡电子自旋极化在外加电场中的演化和分布。考虑了自旋极化电子通过两个不同掺杂水平的半导体区域之间的边界的传播。我们假设非均匀的自旋极化是由电场局部产生并驱动通过边界的。数值计算了电场分布和自旋极化分布。我们发现，最初创建的自旋极化的狭窄区域可以进一步压缩和放大的边界附近。由于边界涉及掺杂的变化，但两种半导体材料之间没有真正的界面，预计没有显着的自旋极化损失。因此，建议的机制将是有用的，在设计新的自旋电子器件。
2003-02-25 cond-mat.mes-hall
Suppresion of Bloch oscillations by weak disorder in semiconductor superlattices
我们利用一个包含无序和外加电场的简单模型研究了半导体超晶格中布洛赫振荡的退相动力学。一个彻底的数值研究，我们的模型允许我们声称，小的，无意的阱宽波动可以负责快速退相的布洛赫振荡在低温下。我们表明，布洛赫振荡的寿命是由一个特征时间，这取决于无序度和独立的电场。我们的模型计算和最近的几个实验之间的良好一致性进一步支持了这一结果，并导致了具体的新预测。
1996-10-29 cond-mat.mes-hall
Persistent Spin Textures in Semiconductor Nanostructures
半导体自旋电子学中的器件概念使得期望长的自旋寿命，并且通过量子信息处理方案对自旋控制的要求甚至更高。不幸的是，由于自旋-轨道耦合，半导体中的电子自旋通常会经历相当快的退相干。然而，在由锌半导体制成的二维量子阱中，自旋-轨道相互作用可以被设计成这样一种方式，即使在存在无序和缺陷的情况下，也会出现具有非常长自旋寿命的持久自旋结构。我们回顾了实验和理论发展这一主题的$n$掺杂和$p$掺杂的结构，我们讨论了可能的器件应用。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Monte Carlo simulation of spin relaxation in nanowires and 2-D channels of II-VI semiconductors
我们分析了各种II-VI族半导体纳米线结构和2-D沟道的自旋弛豫行为，通过模拟自旋极化输运通过半经典方法。采用蒙特卡罗模拟方法对模型进行了模拟。D 'yakanov-Perel机制和Elliot-Yafet机制是II-VI族半导体自旋弛豫的主要机制。分析了自旋弛豫长度随外场的变化，并与二维沟道作了比较。在1 kV/cm的外场下比较了不同II-VI族半导体的自旋弛豫长度，以了解影响它们自旋退相的主要因素。在众多的实验结果中，最值得注意的是纳米线中的自旋弛豫长度比二维沟道中的自旋弛豫长度大许多倍。
2011-11-11 cond-mat.mes-hall
Variational and field-theoretical approach to exciton-exciton interactions and biexcitons in semiconductors
Institute for Theoretical Physics and Center for Extreme Matter and Emergent Phenomena, Utrecht University（乌得勒支大学理论物理研究所与极端物质及涌现现象中心）
本文通过变分方法研究Wannier激子相互作用，推导出非本地有效相互作用势，并推广Heitler-London势至任意质量情况，同时展示考虑激发态修正后的van der Waals势。
2026-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Reliability of the Heitler-London approach for the exchange coupling between electrons in semiconductor nanostructures
本文采用Heitler-London（HL）方法计算了二维半导体环境中双势阱中电子间的交换耦合J。两个功能的形式被认为是双阱势。我们表明，通过选择一个适当的和相对简单的单电子变分波函数是可能的，在HL的方法，以显着提高J的估计。在所有情况下，本计划克服了人工制品和限制，在短点间距离，以前归因于HL方法，其中非物理三重基态已被发现，并导致与解析插值表达式J获得的施主型模型潜力的整体协议。
2007-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Spin injection based on the spin gapless semiconductor(SGS)/semiconductor heterostructures
基于传统铁磁体（或半金属铁磁体）/半导体的自旋注入效率由于电导失配而受到Schmidt障碍的极大限制，本文提出用无自旋带隙半导体代替金属注入器可以在保持高自旋极化的同时显著降低电导失配。通过基于超晶格结构的第一性原理计算，研究了Mn_2CoAl/半导体自旋注入器方案的代表性体系。结果表明，（100）界面的Mn_2CoAl/Fe_2VAl和（110）界面的Mn_2CoAl/GaAs体系在界面处保持了较高的自旋极化，后者有望具有较长的自旋扩散长度。继承自Mn 2CoAl的自旋无隙特征，在两个系统中的多数自旋DOS中观察到费米能级周围的明显下降，表明低密度载流子的快速传输。
2014-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Distant spin entanglement via fast and coherent electron shuttling
在寻求大规模量子计算的过程中，网络量子计算机提供了一条通往可扩展性的自然道路。既然最近邻纠缠已经在半导体中的电子自旋量子比特中得到了证明，那么片上长距离纠缠为连接量子核心单元带来了多功能性。在这里，我们实现了一对纠缠的电子自旋的受控和相干转移，并证明了它们在相距6微米时的远程纠缠。由电子位移引起的相干自旋旋转驱动，观察到高对比度的自旋量子干涉，并且是沿着位移过程保持纠缠的签名。这项工作开辟了在半导体量子线路中实现远程量子比特的快速片上确定性互连的途径。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall
Spin polarization control in a 2-dimensional semiconductor
长载流子自旋寿命对于构建“自旋电子”逻辑器件的前景是一把双刃剑：在传输通道或互连内保留逻辑变量对于成功完成逻辑操作是必不可少的，但是任何超过此事件的自旋都会污染后续时钟周期的环境。电场可用于通过自旋轨道效应的仔细相互作用在快速时间尺度上操纵这些自旋，但有效的受控去极化只能完全通过顺从的材料特性来实现。以III-VI族单硫属化合物单层膜为例的二维半导体，我们使用对称性分析，微扰理论和系综计算来展示如何通过适当的传导电子操作来解决这个长期存在的问题。
2016-03-29 cond-mat.mes-hall
Breather mode in the many-electron dynamics of semiconductor quantum wells
我们证明了在半导体量子阱的自洽电子动力学中存在一种新的呼吸模式。基于量子流体力学的非微扰变分方法被用来确定电子呼吸模式的显着特征。数值模拟的时间相关的Wigner-Poisson或Hartree方程被证明是在良好的协议与我们的分析结果。对于非对称量子阱，在偶极响应中观察到呼吸模式的特征，其可以通过标准光学手段检测到。
2012-11-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tracking Dark Excitons with Exciton Polaritons in Semiconductor Microcavities
暗激子对于半导体中的各种过程具有根本重要性，但是由于它们与光场的弱相互作用而难以使用光学技术进行研究。我们揭示和表征暗激子注入的非共振脉冲激发在半导体微腔结构包含InGaAs/GaAs量子阱通过监测它们的相互作用与明亮的低极化激元模式。我们发现一个令人惊讶的长暗激子寿命超过20纳秒，这是比两个连续脉冲之间的时间延迟。这就产生了一种记忆效应，我们可以通过时间分辨传输信号的变化清楚地观察到这种效应。我们提出了一个速率方程模型，提供了一个定量的协议与实验数据。
2019-02-13 cond-mat.mes-hall
Room-Temperature Quantum-Confined Stark Effect in Atomically Thin Semiconductor
电场控制下过渡金属二硫属化物单分子膜中的二维激子动力学是当前凝聚态物理的研究热点。我们已经实验研究了光谱和时间特性的A-激子在二硒化钼（MoSe 2）单层下的垂直，直流电场在室温下的控制变化。通过使用稳态和时间分辨的光致发光光谱，我们已经观察到直流场诱导的光谱位移和线宽加宽，这是一致的激子的非辐射寿命缩短，由于场诱导的解离。我们讨论的影响，在纳米尺度计量和探索，光电子技术的基础上分层，二维半导体的未来发展的结果。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall
Kinetic magnetoelectric effect in a 2D semiconductor strip due to boundary-confinement induced spin-orbit coupling
在二维半导体电子系统的薄带中，由于边界区域中限制势的显著空间变化，在带的两个边缘附近可以诱导自旋-轨道耦合。在本文中，我们表明，在边界约束诱导的自旋轨道耦合的存在下，纵向电荷电流循环通过一个二维半导体条可能会导致\textit{strong}非平衡自旋积累附近的两个边缘的带。自旋将沿着2DEG平面的法线极化，但在条带的两个边缘处以相反的方向极化。从理论观点来看，这种现象本质上是一种动力学磁电效应，但它表现出与自旋霍尔效应非常相似的形式。
2006-03-28 cond-mat.mes-hall
Determination of spin-orbit interaction in semiconductor nanostructures via non-linear transport
本文通过非线性输运测量结合零温解析与有限温度数值分析，提出区分线性和立方自旋轨道相互作用并提取材料参数的方案，为半导体纳米结构自旋轨道特性的快速基准测试提供了方法。
2022-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin injection and electric field effect in degenerate semiconductors
我们分析了半导体中的自旋输运的制度，其特征在于$T\stackrel{<}{\sim}T_F$（中间到简并），其中$T_F$是费米温度。这样的制度是非常重要的，因为它包括轻杂质半导体结构中使用的大多数实验中，我们证明，在同一时间，它对应于该制度中，载流子-载流子相互作用承担相关的角色。从包含多体关联效应的漂移扩散方程出发，详细计算了各种异质结构的自旋注入特性，并分析了载流子密度变化、外加电场和库仑相互作用的综合效应.我们表明存在的退化制度，特有的半导体，强烈不同，自旋输运而言，从金属的退化制度。
2004-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Ultrafast single electron spin manipulation in 2D semiconductor quantum dots with optimally controlled time-dependent electric fields through spin-orbit coupling
我们从理论上研究了利用高频含时电场对二维半导体量子点中单个电子自旋进行超快操纵的可能性。通过自旋-轨道耦合激发电子自旋自由度，并且该过程可以通过静态磁场的存在来增强。我们使用量子最优控制理论来调整电场的时间分布，以实现最有效的操纵。该计划预测显着控制自旋操作的时间的顺序皮秒-超快的时间尺度，允许避免退相干的影响，如果这个计划是用来作为一种工具，用于量子信息处理。
2014-10-23 cond-mat.mes-hall
Spin-depedent transmission of holes through periodically modulated diluted magnetic semiconductor waveguides
我们研究了空穴通过无隙或短截波导的自旋输运，这些波导由宽度为b1的稀磁半导体（DMS）部分周期性调制。注入的上（下）自旋的空穴在DMS部分中感受到周期性调制的势垒（阱）电势，并且具有不同的透射（T）系数。T振荡与b1的自旋下降和快速减少自旋上的孔，而相对极化Pr依赖于近周期性的短柱高度。使用非对称短截线导致T中的近方波图案和Pr中的宽平台。T随DMS段之间的长度振荡。在每个单元具有两个DMS部分的情况下，当DMS宽度变化时，T示出用于自旋向下孔的周期性宽间隙。结果可用于创建高效的自旋过滤器。
2002-09-12 cond-mat.mes-hall
Dynamic frequency dependence of bias activated negative capacitance in semiconductor diodes under high forward bias
我们观察到定性不同的频率依赖性的负电容响应下的高电荷注入在两组结型二极管，这是功能上彼此不同，即电致发光二极管和非发光硅基二极管。利用偏置激活微分电容响应技术，我们研究了不同二极管中不同速率过程的相互动力学。我们解释这些意见的相互竞争的快速和缓慢的电子跃迁速率，虽然不同。这项研究提供了一个更好的理解高载流子注入下工作的结型二极管的物理，并可能导致优越的设备功能。
2014-06-18 cond-mat.mes-hall
Stark Effect of Interactive Electron-hole pairs in Spherical Semiconductor Quantum Dots
基于有效质量近似（EMA），提出了一种理论变分法，研究了在强约束电子-空穴对和弱电场限制下，球形半导体量子点的量子约束Stark效应.详细研究了库仑势和极化能各自的作用。在合理的物理假设下，可以进行分析计算。他们清楚地表明，斯塔克位移是一个二次函数的电场振幅的研究制度。由此产生的数值被认为是在一个显着的域的有效性与实验数据吻合良好。
2009-08-15 cond-mat.mes-hall
Quantum state preparation in semiconductor dots by adiabatic rapid passage
特定量子态的制备是量子动力学的各种提议的实际用途的必需步骤。我们报告了一个实验演示的光学量子态制备在半导体量子点与电读出，这与早期的工作的基础上拉比触发的方法是强大的相对于光耦合的变化。我们使用绝热快速通道，它能够将单个点反转到指定的上能级。我们证明了当脉冲功率超过反转阈值时，最终状态与功率无关。这为在半导体点中制备量子态提供了一种新的工具，具有广泛的潜在用途。
2010-06-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronic crystals and quasicrystals in semiconductor quantum wells: an AI-powered discovery
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究利用人工智能方法发现半导体量子井中的电子准晶体新相，揭示了金属和晶体相的电荷分布特性。
2026-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Charge dynamics in the 2D/3D semiconductor heterostructure WSe$_2$/GaAs
本文利用时间分辨差分反射率研究WSe₂/GaAs异质结的载流子动力学，发现其具有II型能带排列和快速电荷转移，载流子寿命延长至3.5 ns，表明该结构在光伏和光电子器件中具有应用潜力。
2023-09-25 cond-mat.mes-hall
Electron spin interferometry using a semiconductor ring structure
由GaAs制成的环形结构用于实现导带电子的净自旋极化的干涉。在扩散输运状态下，光学极化自旋通过环的两个臂被分成两个包。在一个臂上用圆偏振光的光学泵浦建立动态核极化，其由于超精细相互作用而充当电子自旋上的局部有效磁场。这种局部场使一个自旋包比另一个旋进得快，从而控制了两个自旋包结合时的自旋干涉。
2005-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation and Detection of Spin Currents in Semiconductor Nanostructures with Strong Spin-Orbit Interaction
利用电子自旋存储、传输和操纵信息是自旋电子学的核心。未来自旋电子学应用的基础是在固态系统中控制自旋电流的能力。在迄今为止提出的不同平台中，具有强自旋轨道相互作用的半导体特别有吸引力，因为它们承诺使用全电子协议进行快速和可扩展的自旋控制。在这里，我们演示了半导体纳米结构中纯自旋电流的产生和测量。产生是纯电的，并且由具有强自旋轨道场的材料中的自旋动力学介导。测量是使用自旋-电荷转换技术，基于磁场对称性容易测量的电量。通过量子点接触的电导校准自旋-电荷转换，我们定量测量了多端GaAs点中的介观自旋霍尔效应。我们报告的自旋电流为174 pA，对应于34%的自旋霍尔角。
2015-05-18 cond-mat.mes-hall
Approaching a fully-polarized state of nuclear spins in a semiconductor quantum dot
针对固态自旋量子比特的核自旋磁噪声问题，提出结合强光泵浦与快速电子隧穿的核自旋极化方案，在GaAs量子点中1分钟内实现超95%的核极化，可简化量子器件实现并支撑多体量子研究。
2023-02-10 cond-mat.mes-hall
Propagation of Spin-Polarized Electrons Through Interfaces Separating Differently Doped Semiconductor Regions
电子的高自旋极化度对自旋电子器件的工作至关重要。研究了自旋极化电子通过两个不同掺杂水平的n型半导体区之间边界的传输。我们假设，非均匀的自旋极化创建/注入本地和驱动通过边界的电场。在双组分漂移扩散输运模型下计算了电场分布和自旋极化分布。我们发现，最初创建的自旋极化的狭窄区域可以进一步压缩和放大的边界附近。由于边界涉及掺杂的变化，但两种半导体材料之间没有真正的界面，预计没有显着的自旋极化损失。因此，建议的机制将是有用的，在设计新的自旋电子器件。
2003-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring exciton dynamics by elastic strain-gradient in semiconductors
随着器件小型化接近原子极限，人们非常希望利用新的范例来定制材料中的电子结构和载流子动力学。原则上可以应用弹性应变来实现对这些性质的可逆和快速控制，但在半导体中产生和利用精确控制的不均匀变形仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们采取了一个结合的实验和理论的方法来证明，弹性应变梯度可以可控地和可逆地创建在ZnO微/纳米线。特别是，我们表明，不均匀的应变分布创建一个有效的字段，从根本上改变了中性激子的动力学。由于这些结果背后的基本原理是相当通用的，适用于大多数半导体，这项工作指出了一个新的路线，在电子学，光电子学和光化学的广泛应用。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dirac spin gapless semiconductors: Ideal platforms for massless and dissipationless spintronics and new (quantum) anomalous spin Hall effects
为了实现超快、超低功耗的自旋电子器件，新一代自旋电子学应是理想的无质量、无耗散的自旋电子学。我们证明了具有线性能量色散的无自旋能隙材料是能够实现这些无质量和无耗散态的独特材料。此外，我们提出了四种新类型的自旋霍尔效应，其中包括自旋积累的相同数量的电子和空穴具有相同或相反的自旋极化在样品边缘的霍尔效应测量，但与消失的霍尔电压。这些新的霍尔效应可以归类为（量子）反常自旋霍尔效应。本文介绍了线性色散和抛物色散的无自旋能隙半导体的无质量无耗散自旋电子学和新的自旋霍尔效应。在具有蜂窝或正方形晶格的简单氧化物的铁磁单层中，证明了Dirac型或抛物型自旋无隙半导体的新的可能候选者。
2016-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonmonotonic bias dependence of local spin accumulation signals in ferromagnet/semiconductor lateral spin-valve devices
在铁磁/半导体横向自旋阀器件中，我们发现了局域双端自旋积累信号的异常行为。相对于施加在两个FM/SC肖特基隧道接触之间的偏置电压，局部自旋累积信号可以显示出非单调变化，包括符号反转。通过考虑FM/SC界面的自旋极化随偏置电压的增加而迅速降低，可以定性地理解部分非单调特性。除了FM/SC界面自旋极化的符号反转之外，还讨论了SC层中的自旋漂移效应和偏置FM/SC接触处的非线性电自旋转换的影响。
2019-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photo-induced electron transfer in the strong coupling regime: Waveguide-plasmon polaritons
光子在材料和光腔之间的可逆交换可导致形成混合光-物质状态，其中材料性质如物质的功函数\cite{Hutchison_AM2013a}、化学反应性\cite{Hutchison_ACIE2012a}、超快能量弛豫\cite{Salomon_ACIE2009a,Gomez_TJOPCB2012a}和电导率\cite{Orgiu_NM2015a}与不存在与电磁场的强相互作用的相同材料的性质显著不同。在这里，我们表明，强烈的光-物质之间的耦合半导体波导和局部等离子体共振金属纳米线上的限制光子修改的光-诱导电荷-等离子体衍生（热）电子到接受状态的半导体材料的转移率的效率。超--快速光谱测量揭示了瞬态信号的幅度之间的强相关性，归因于电子驻留在半导体中，和波导和等离子体激元激发的杂交。
2015-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interface-sensitive nuclear magnetic resonance at a semiconductor heterojunction using hyperpolarization
我们展示了一个界面敏感的NMR在半导体纳米结构，其中的一个模型异质结结构（在$_{0.48}$ Ga $_{0.52}$ P/GaAs）的微小异质结区域的NMR信号被检测到通过使用由光泵浦产生的核超极化。检测的关键是使用由于晶格失配而在异质结处发生的微小晶格畸变，这使我们能够在异质结处产生和定位超极化，并将其与其他部分区分开来。特别是，抑制核自旋扩散的空间变化的应变和由此产生的意外稳定的超极化在异质结是成功检测的关键。
2017-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time periodic patterns in a semiconductor superlattice, relevant to microwave generation, are obtained upon numerical integration of a known set of drift-diffusion equations. The associated spatio-temporal transport mechanisms are uncovered by applying (to the computed data) two recent data processing tools, known as the higher order dynamic mode decomposition and the spatio-temporal Koopman decomposition. Outcomes include a clear identification of the asymptotic self-sustained oscillations of the current density (isolated from the transient dynamics) and an accurate description of the electri…
2021-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Microwave spectroscopy of spinful Andreev bound states in ballistic semiconductor Josephson junctions
半导体纳米线中的超导邻近效应最近使新的超导结构的研究成为可能，例如门可调谐超导量子比特和多端约瑟夫森结。与它们的金属对应物相反，半导体纳米系统中的电子密度可以通过外部静电门来调节，从而提供器件特性的高度可扩展和原位变化。此外，具有大的$g$因子和自旋轨道耦合的半导体已经被证明会引起超导性中的奇异现象，例如$φ_0$约瑟夫森结和马约拉纳束缚态的出现。在这里，我们报告微波光谱测量，直接揭示了弹道半导体通道中存在的Andreev束缚态（ABS）。我们表明，测量的ABS光谱的结果，传输通道与门可调，高传输概率高达$0.9$，这是所需的门可调Andreev量子比特和有益的编织方案的马约拉纳状态。这是第一次，我们检测到激发的自旋分裂对ABS和观察到的自旋-轨道耦合在半导体中的直接后果，破断ABS。
2017-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
