Coherent spin dynamics of electrons and holes in semiconductor quantum wells and quantum dots under periodical optical excitation: resonant spin amplification versus spin mode-locking
利用短脉冲激光周期性激发和外加磁场研究了半导体量子结构中电子和空穴的相干自旋动力学。从理论上分析了单个自旋弛豫时间超过激光脉冲重复周期的载流子自旋系综中自旋极化的产生和退相。自旋极化积累既表现为共振自旋放大，也表现为载流子自旋相干的锁模。结果表明，这两个制度有相同的起源，而它们的外观是由光泵功率和自旋旋进频率在系综的扩展。
2011-12-29 cond-mat.mes-hall
Towards quantum optics and entanglement with electron spin ensembles in semiconductors
我们讨论了一种技术和一种材料系统，使控制实现量子纠缠之间的自旋波模式的电子系综在两个空间分离的半导体材料片。该方法使用位于光波导内部的GaAs量子阱中的电子系综。使电子系综处于量子霍尔态给出了跨越能隙的光学跃迁的选择规则，该能隙可以选择性地寻址两个电子自旋态。这些电子自旋态的长寿命叠加可以用一对形成共振拉曼系统的光场来控制。自旋波模的纠缠态是通过将量子光学测量技术应用于电子系综中拉曼跃迁产生的光信号脉冲来制备的。
2008-04-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Beer's law in semiconductor quantum dots
研究了相干线性光波在半导体量子点系综中的传播。结果表明，量子点跃迁偶极矩的分布显著地改变了量子点系综的偏振态和Beer吸收长度。给出了这些量的显式解析表达式。
2010-03-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Harnessing nuclear spin polarization fluctuations in a semiconductor nanowire
在第一次测量凝聚态系统的核磁共振（NMR）后不久，布洛赫预言了在$N$自旋系综的极化中存在与$1/\sqrt{N}$成比例的统计涨落。首先由Sleator等人观察到，所谓的“自旋噪声”最近已经成为纳米级磁共振成像（nanoMRI）中的关键成分。这种突出是MRI分辨率提高到100 nm^3以上的直接结果，在100 nm^3的尺度下，统计自旋涨落开始主导极化动力学。我们展示了一种技术，通过利用这些波动产生比自然热分布更大和更窄的极化，在纳米级的核自旋集合中创建自旋顺序。我们专注于与单个InP和GaP纳米线（NW）及其含氢吸附层相关的包含~10^6磷和氢自旋的系综。我们实时监测、控制和捕获系综自旋极化的波动，并将其存储很长一段时间。这种选择性捕获大的极化波动可能提供一种增强纳米尺度体积的核自旋产生的弱磁信号的途径。该方案也可能被证明是有用的初始化在固态的电子自旋量子比特的核超精细场。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall
Photon echo transients from an inhomogeneous ensemble of semiconductor quantum dots
量子点激子的系综可以用于相干信息操纵。由于系综不均匀性，任何光学信息检索都以光子回波的形式发生。我们表明，不均匀性可以导致显着偏离传统的回波时序。初始旋转脉冲的面积的变化，它产生的激子在一个点的子系综，揭示了光子回波形成的这一复杂的图片。通过对（In，Ga）As/GaAs自组装量子点结构的时间分辨光子回波振幅的拉比振荡的监测和详细的计算，我们观察到π/2脉冲的回波延迟，而3π/2脉冲的回波在时间上提前。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Using Ensemble Monte Carlo Methods to Evaluate Non-Equilibrium Green's Functions, II. Polar-Optical Phonons
本文针对非平衡格林函数计算困难，将系综蒙特卡洛粒子方法从非极性光学声子扩展到长程极性光学声子，讨论其问题并给出模拟结果。
2023-04-20 cond-mat.mes-hall
Electromagnetically Induced Transparency with an Ensemble of Donor-Bound Electron Spins in a Semiconductor
我们目前的电磁感应透明的测量与一个系综的施主束缚电子在低掺杂的n-GaAs。我们使用从塞曼分裂电子自旋态的光跃迁到光密度为0.3和1.0的样品中的束缚三振子态。电子自旋退相时间T* \approx 2 ns是有限的超精细耦合波动的核自旋。我们还观察到动态核极化的特征，但发现这些效应比使用电子自旋共振的实验和量子点的相关实验要弱得多。
2010-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic origin of the effective spin-spin interaction in a semiconductor quantum dot ensemble
我们提出了一个单电荷量子点系综的微观模型，以揭示量子点中电子自旋之间的长程有效相互作用的起源。Wilson数值重整化群（NRG）被用来计算由生长诱导润湿层介导的有效自旋-自旋相互作用的大小和空间依赖性。令人惊讶的是，我们发现了一个反铁磁海森堡耦合非常短的量子点间的距离，这是由显着的粒子-空穴不对称性的润湿层带在非常低的填充。使用NRG的结果从现实的参数作为输入的半经典模拟的一个大的QD系综，我们表明，实验报告的相移之间的相干自旋动力学单色和双色激光泵浦可以重现我们的模型，解决了一个长期以来的神秘的微观起源的量子点间的电子自旋-自旋相互作用。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Magnetic field control of intersubband polaritons in narrow-gap semiconductors
本文从理论上研究了在垂直磁场作用下，平面腔中光场与半导体量子阱中二维电子气子带间跃迁的极化激元耦合。我们表明，在异质结构的非抛物半导体，极化激元不适合一个两级的问题，因为腔光子耦合到一个非简并合奏的子带间跃迁。因此，稳态极化激元本征态对垂直磁场变得非常敏感，从而起着控制光-物质相互作用机制的外部参数的作用。在中等场强下，我们预测磁极化激元具有非常适合于参量放大的能量色散。
2011-05-12 cond-mat.mes-hall
Vector Pulsing Solitons in Semiconductor Quantum Dots
研究了半导体量子点系综中自诱导透明光矢量脉冲孤子的理论。结果表明，量子点激子基态跃迁偶极矩的分布和相位调制显著改变了脉冲参数。本文给出了在载波频率范围内，两分量矢量脉冲光孤子在圆偏振态下的波形。结果表明，在这种特殊情况下，矢量脉冲孤子可以归结为标量呼吸子解，这些非线性波具有不同的形状。利用目前实验上可以达到的实际参数，得到了光矢量脉冲孤子的解析表达式。
2014-08-19 cond-mat.mes-hall
Long-range radiative interaction between semiconductor quantum dots
为了描述半导体量子点之间的辐射相互作用机制，我们发展了Maxwell-Schroedinger形式。我们求解了电磁场与极化场通过线性非局域极化率耦合的量子点系综的麦克斯韦方程组，计算了系统的极化激元共振。由辐射和表面光子模式介导的辐射耦合导致集体模式的出现，集体模式的寿命与非相互作用点的寿命相比更长或更短。耦合的大小和集体模能量取决于失谐量和相互的量子点距离。这种耦合机制的空间范围是波长的量级。因此，当考虑将量子点作为用于量子信息处理的集成系统的构建块时，应该考虑这种耦合。
2004-11-03 cond-mat.mes-hall
Stabilizing nuclear spins around semiconductor electrons via the interplay of optical coherent population trapping and dynamic nuclear polarization
我们的实验演示了如何相干布居捕获（CPT）在GaAs中的施主束缚电子自旋的结果在自主反馈，准备稳定的状态，为周围的电子的自旋极化的核。CPT是通过用两束激光激发到束缚激子态来实现的。对电子系综CPT谱特征的透射研究直接揭示了制备核自旋态的统计分布。将激光驱动从蓝色调谐到红色失谐驱动从一个稳定状态到两个稳定状态的转变。我们的研究结果对动态核自旋极化方案、中心自旋问题和自旋相干控制等方面的研究具有重要意义。
2015-08-27 cond-mat.mes-hall
Spin coherence as a function of depth for high-density ensembles of silicon vacancies in proton-irradiated 4H-SiC
宽带隙半导体中的缺陷为固态材料中的量子信息和传感应用提供了途径。碳化硅中的硅空位最近成为单自旋量子比特光学控制的新候选者，与金刚石中的氮空位相比具有显着的材料优势。在这项工作中，我们提出了一个通过质子辐照作为注入深度的函数产生的硅空位的相干性的研究。我们显示出明确的证据，退相之间的相互作用的硅空位和自旋环境的散装晶体。这一结果将为可扩展碳化硅器件的制造和高密度缺陷系综中自旋相互作用的研究提供进一步的途径。
2019-10-15 cond-mat.mes-hall
The effect of impurities on spin polarized Zeeman bound states in dilute magnetic semiconductor-superconductor hybrids
研究了稀磁半导体混合系统中单个和多个杂质对塞曼局域自旋极化束缚态的影响。这种束缚态的出现，每当一个稀磁半导体显示巨大的塞曼效应暴露于外部磁场显示纳米级的不均匀性。我们考虑一个具体的例子超导体稀磁半导体混合，计算的能量谱和波函数的束缚态中存在一个单一的杂质，并监测的杂质强度和杂质的位置相对于塞曼捕获势的中心的函数的束缚态的演化。我们的研究结果具有重要的实验意义，因为他们预测强大的自旋纹理，甚至比理想的样品。我们发现，对于所有现实的杂质强度的塞曼束缚态生存的杂质的存在。我们还调查了大量的杂质的影响，并执行合奏平均相对于杂质的位置。我们发现，自旋极化塞曼束缚态是非常强大的，他们仍然绑定到整个实验相关区域的杂质浓度和散射强度的外场不均匀性。
2009-05-20 cond-mat.mes-hall
Theory of single and double electron spin-flip Raman scattering in semiconductor nanoplatelets
提出了一种电子自旋翻转拉曼散射（SFRS）理论，描述了半导体纳米片中重空穴激子在近共振激发下，拉曼光谱信号发生单电子塞曼能量和两倍电子塞曼能量的位移。我们分析了光激发中间态的自旋结构，推导出自旋翻转散射的复合矩阵元，并获得了所有中间态共同的单电子和双电子SFRS的偏振特性。结果表明，在共振散射过程中，复合物的激子加局域驻留电子起主要中间态的作用，而不是紧密束缚的三电子态。它表明，除了直接的光激发（和类似的光复合）通道，还有另一个间接的通道有助于SFRS过程。在间接通道中，光空穴形成激子态，其中驻留电子从局域化位点移除，而光电子变得局域化在该位点上。理论结果与最近的实验结果进行了比较，合奏的CdSe纳米片。
2020-11-20 cond-mat.mes-hall
Imaging graphene field-effect transistors on diamond using nitrogen-vacancy microscopy
已经提出了基于金刚石中的氮空位（NV）传感器的集合体的成像技术应用于微电子器件，但是NV感测与操作门控器件的兼容性仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们直接在金刚石表面上制造石墨烯场效应晶体管（GFET），并通过NV显微镜对其进行观察。门控石墨烯内的电流密度是根据NV磁力测量法在主要是p型和n型掺杂下重建的，但发现确切的掺杂水平受到测量的影响。此外，我们观察到一个令人惊讶的大调制的电场在金刚石表面下施加的栅极电位，看到在NV光致发光和NV电测量，表明氧化物-石墨烯-金刚石结构的复杂的静电响应。可能的解决方案，以减轻这些影响进行了讨论。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum transport in semiconductor quantum dot superlattices: electron-phonon resonances and polaron effects
利用非平衡格林函数方法研究了周期性量子点阵列中电子在声子相互作用下的输运。自洽玻恩近似被用来模拟自能。通过与直接对角化相互作用电子和纵向光学声子的哈密顿量的结果进行比较，验证了该方法的有效性。在电子-声子共振的电荷输运的性质进行了详细的研究和散射和相干隧穿电流的贡献被确定。结果发现，在较大的值的结构周期的电流场特性的主峰表现出一种双重结构，这是被证明是极化子效应的运输签名。在较小的周期值，电子-声子共振导致多个峰值的特性。本文还介绍了一个处理实际量子点系综非均匀性的唯象模型，用以估计非均匀性对电流场特性的影响。
2008-02-07 cond-mat.mes-hall
Influcence of the nuclear electric quadrupolar interaction on the coherence time of hole- and electron-spins confined in semiconductor quantum dots
实时自旋动力学和自旋噪声谱计算的p和n-带电量子点内的各向异性中心自旋模型扩展额外的核电四极相互作用（QC）和增强的实验数据研究使用相同的激发条件。使用现实的估计分布的耦合常数，包括各向异性参数，我们表明，特征的长时间尺度是相同的顺序强烈决定的电子和空穴自旋的QC，即使自旋衰变的分析形式不同显着符合我们的测量。由于谱求和规则和不同的谱形状，电子自旋噪声谱的低频部分比空穴自旋噪声谱的低频部分小大约$1/3$。这是证实了我们的实验光谱上测量的两种类型的量子点系综在低功率限制的探测激光。
2015-04-28 cond-mat.mes-hall
Influence of Nuclear Quadrupole Moments on Electron Spin Coherence in Semiconductor Quantum Dots
从理论上研究了涨落Overhauser场对束缚在量子点中的电子自旋的影响。涨落是由于不同原子核之间通过核磁偶极耦合交换原子核角动量而产生的。我们专注于核电四极矩（QPM）的作用，这通常会导致在电场梯度的存在下，在核间自旋转移效率的降低。通过模拟电子自旋回波实验，研究了电子自旋相干时间的影响。我们发现，准相位调制引起的电子自旋相干时间的增加和四极移，其中不同的核有不同的能量转移的不均匀分布，导致更大的增加比均匀分布的电子相干时间。此外，核自旋系综的部分极化放大了不均匀四极位移的影响，导致电子相干时间的额外增加，并提供了一种替代实验上具有挑战性的建议全动态核自旋极化。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall
Atom probe composition and in situ electronic structure of epitaxial quantum dot ensembles
针对传统将量子点电子特性视为孤立对象的局限，本文结合原子探针层析成像与有限元模拟，揭示了InAs/GaAs量子点系综的三维成分分布及相邻量子点与浸润层的高度杂化，为量子点激光器设计提供支撑。
2024-11-28 cond-mat.mes-hall
Temporal sorting of optical multi-wave-mixing processes in semiconductor quantum dots
利用多波混频过程实现光发射体系综的相干控制是实现高容量光量子存储器和信息处理器件的关键。在这种情况下，放置在光学微腔中的半导体量子点代表了探索超越微扰非线性光学极限的强光-物质相互作用和控制光学驱动量子系统的幺正演化的优秀候选者。在这项工作中，我们证明了一个序列的两个光皮秒脉冲可以用来建立相干控制的相位演化的系综的trions在（In，Ga）As量子点独立于其初始量子态。我们的方法是基于在强场极限的多能级系统中发生拉比旋转的简并多波混频信号之间的相干传输。特别是，我们使用双脉冲光子回波序列来揭示trion系综的相干动力学，而两个额外的控制脉冲的区域作为调谐旋钮，用于调整相干发射的幅度和定时。此外，我们还利用基态和三电子的激发态的自旋简并度来控制发射信号的偏振态。令人惊讶的是，我们发现，使用的光控制脉冲，其持续时间是可比的合奏的移相时间，升降机的时间简并之间的波混合过程的不同顺序。这种现象表现在一个显着的修改的时间形状的相干光响应强的光场。提升的时间简并允许顺利地跟踪从微扰的拉比旋转制度的过渡，并开辟了新的可能性，迄今尚未探索的材料系统中的复杂能级结构的光学调查。
2023-02-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-demand reversible switching of the emission mode of individual semiconductor quantum emitters using plasmonic metasurfaces
本文设计可追踪的外部等离激元超表面耦合系统，实现单个半导体量子发射体在单光子与光子对发射模式间的按需、无损可逆切换。
2023-08-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin relaxation due to the D'yakonov-Perel' mechanism in 2D semiconductors with an elliptic band structure
D 'yakonov-Perel'（DP）机制描述了存在Rashba自旋轨道耦合的二维系统中的非平衡自旋分布动力学。本文利用DP机制研究了具有椭圆能带结构的二维半导体自旋弛豫的各向异性。在有效质量近似下，利用自由载流子的面内各向异性有效质量描述了低能能带结构。利用极化自旋系综的密度矩阵的时间演化方程，在强动量散射区，从理论上计算了自由载流子的自旋弛豫时间。由于库仑相互作用和样品中的中性缺陷的散射势的结果。我们表明，在二维平面内的y-和x-方向上的自旋弛豫时间的比率显示幂律依赖于有效质量比，而指数捕获的散射势的细节。该模型被应用于研究单层黑磷中的电子自旋弛豫，这是已知的表现出显着的能带结构椭圆。该模型还可以预测自旋弛豫各向异性的机械应变的2D材料中，椭圆形能带结构出现的晶格常数的修改的结果。
2018-11-26 cond-mat.mes-hall
Beyond ensemble averaging: Parallelized single-shot readout of hole capture in diamond
结合宽场光学显微镜与精密光谱学，实现对金刚石中数百个NV-中心光生空穴俘获的并行单次读出，揭示了纳米尺度电荷动力学并测得接近Onsager极限的俘获半径。
2025-07-15 cond-mat.mes-hall
Stochastic Faraday rotation induced by the electric current fluctuations in nanosystems
我们从理论上证明，在旋光半导体和半导体纳米系统中，电子的布朗运动导致穿过结构或从结构反射的光的偏振平面的时间波动，即，随机法拉第或克尔旋转效应。的影响的理论开发了一些突出的gyrotropic系统，如散装碲，合奏的手性碳纳米管，和GaAs为基础的量子阱的不同的晶体取向。我们表明，这些波动在热平衡的功率谱是成比例的系统的交流电导率。我们评估的贡献所造成的波动的电流，以及自旋，谷极化，和自旋电流的噪声的法拉第/克尔旋转。因此，法拉第和克尔旋转噪声的全光学测量提供了对半导体系统的输运性质的访问。
2016-10-31 cond-mat.mes-hall
Photon echoes retrieved from semiconductor spins: access to basis for long-term optical memories
光信息存储的可能性对于经典和量子通信都是重要的。原子或离子以及晶体中的色心提供了合适的两能级系统来吸收入射的光子。为了获得相干性的可靠转移，需要足够强的光-物质相互作用，这可能会强制使用吸收体的集合，但具有导致快速退相的不可避免的不均匀性的缺点。这一障碍可以通过回波技术克服，只要保持相干性，回波技术就可以恢复信息。尽管半导体量子结构由于光学跃迁的大振荡器强度而对于信息存储显得很有吸引力，但是对于它们来说，不均匀性通常甚至更明显，并且最重要的是，光学相干性被限制在纳秒或更短。在这里，我们表明，通过将信息转移到电子自旋的存储时间的光学相干性可以延长的数量级的自旋弛豫时间。从自旋库中，它可以通过诱导受激光子回波而被有目的地取回。我们证明了这对于n掺杂的CdTe/（Cd，Mg）Te量子阱的存储时间，从而可以增加超过三个数量级的皮秒范围高达几十纳秒。
2014-01-14 cond-mat.mes-hall
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
Homogeneous Linewidth Narrowing of the Charged Exciton via Nuclear Spin Screening in an InAs/GaAs Quantum Dot Ensemble
在半导体量子点中，电子与核自旋池的超精细相互作用是低温下自旋退相干的主要来源。使用高分辨率双色差分透射光谱，我们证明，这种电子-核耦合也施加了一个下限的正电荷激子退相速率，γ，在一个系综的InAs/GaAs量子点。我们发现，失相速率是敏感的超精细相互作用，这可以通过在法拉第配置的外部磁场的应用程序的强度进行控制。在零外加电场下，强的电子-核耦合引起了超过辐射极限的额外退相，γ= 230 MHz（0.95 μeV）。在~1 T的外场下实现了对超精细相互作用的屏蔽，导致γ= 172 MHz（0.71 μeV）仅受自发复合的限制。另一方面，Voigt磁场的应用混合自旋本征态，这将退相速率增加高达75%。这些结果是用一个简单而直观的模型再现的，该模型捕捉了电子超精细相互作用的基本特征及其对γ的影响。
2014-09-29 cond-mat.mes-hall
Double Nuclear Spin Relaxation in Hybrid Quantum Hall Systems
量子工程的最新进展使我们有能力设计具有新特性的混合系统，这些特性通常不存在于它们所处的状态中。例如，自旋系综和磁振子与微波谐振器的耦合，使人们对这些系统中的集体效应及其潜在的量子应用有了更丰富的理解。我们还可以在固态体系中将电子和核自旋系综杂交在一起，以研究通常仅在原子，分子和光学世界中观察到的集体效应。在这里，我们探讨在固态制度的双域核自旋系综耦合到GaAs半导体中的南武-戈德斯通玻色子的动力学，并显示它表现出集体和个人的弛豫（热化）在非常不同的时间尺度。此外，核自旋系综的集体弛豫是人们从超辐射衰变中所期望的。这开辟了在固态系统中探索新的集体行为的可能性，其中与这些自旋相关的自然能量远小于热能。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall
Manipulation of the nuclear spin ensemble in a quantum dot with chirped magnetic resonance pulses
纳米结构半导体中的核自旋在量子应用中起着核心作用。核自旋代表用于产生局部磁场的有用资源，但是核自旋噪声代表自旋量子比特的失相的主要来源。控制核自旋增强了资源，同时抑制了噪声。NMR技术具有挑战性：第III族和第V族同位素具有大的自旋，其旋磁比相差很大;在应变材料中，存在大的依赖于原子的四极位移;并且纳米级NMR难以检测。我们报告了利用啁啾射频脉冲对量子点的100，000个核自旋的NMR。极化之后，我们证明了核自旋的反转。我们可以来回翻转核自旋100次，我们证明了啁啾NMR是一种强有力的方法来确定所有主要同位素的化学组成，初始核自旋温度和四极频率分布。关键的观察结果是NMR信号中的平台作为扫描速率的函数：我们同时在所有同位素的第一个量子跃迁处实现反转。这些实验代表了一种操纵纳米级非均匀核自旋系综的通用技术，并为探测这种介观系统的相干性开辟了道路。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall
Charge noise and spin noise in a semiconductor quantum device
模拟二能级原子的固态系统正在积极开发中。提高这些系统的量子相干性，例如使用半导体量子点的自旋量子比特或单光子发射器，涉及处理噪声。噪声源是半导体固有的，并且是复杂的。电荷噪声在量子位的位置处导致波动的电场，自旋噪声在波动的磁场中，并且两者都可以导致光学和自旋状态的退相和退相干。我们使用一种微创、超灵敏的局部探针：来自单个量子点的共振荧光来研究超纯半导体中的噪声。我们区分电荷噪声和自旋噪声通过其光学签名的关键区别。推导了电场和磁场的噪声谱。电荷噪声的噪声谱可以完全由半导体中的局部电荷缺陷系综中的波动来描述。我们证明了"半导体真空"的光学跃迁在50 kHz以上的频率：通过在足够高的频率下操作的设备，我们证明了变换限制的量子点光学线宽。
2013-01-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generation of Superfluorescent Bursts from a Fully Tunable Semiconductor Magneto-plasma
量子粒子有时会合作发展出具有非凡性质的宏观有序状态。超导性和玻色-爱因斯坦凝聚是这种合作现象的例子，其中宏观秩序自发出现。在这里，我们证明了这样的有序状态也可以在高磁场中的光激发半导体量子阱中获得。当我们用强激光脉冲产生一个密集的电子空穴等离子体时，经过一定的延迟，就会出现一个相干辐射的超短脉冲。我们将这种惊人的现象解释为超荧光（SF）的表现，其中宏观偏振自发地从最初的激发量子振荡器的非相干系综中建立起来，然后突然衰减，产生相干辐射的巨大脉冲。SF已经在原子气体中观察到，但目前的工作是第一次在固态环境中观察到SF。虽然在电子空穴对的复合和原子中的辐射跃迁之间存在类比，但没有先验的理由使半导体中的SF与原子SF相似。这是一个复杂的多体系统，具有各种超快相互作用，其中退相干速率至少比辐射衰变速率快1,000倍，这是以前原子SF研究中完全未探索的不寻常情况。尽管如此，我们表明，集体多体耦合通过一个共同的辐射场在一定条件下发展，并导致SF爆发。固态实现的SF导致了前所未有的可控性程度的生成SF，打开了机会，为基础的多体研究和设备的应用。我们证明了通过外加磁场、温度和泵浦激光功率，SF爆发的强度和延迟时间是完全可调的。
2012-04-21 cond-mat.mes-hall
Plasmon-mediated superradiance near metal nanostructures
我们开发了一个理论的合作发射光的发射器，如荧光分子或半导体量子点，位于附近的金属纳米结构支持表面等离子体的合奏。在这样的系统中，合作发射的主要机制是发射器和等离子体激元之间的共振能量转移，而不是发射器之间的Dicke辐射耦合。我们确定了两种类型的发射器之间的等离子体耦合，（i）等离子体增强的辐射耦合和（ii）等离子体辅助的非辐射能量转移，它们之间的竞争管理系统本征态的结构。具体地说，当发射器从金属表面移除超过几个nm时，发射由三个超辐射态主导，具有与单个发射器相同的量子产率，导致系综辐射能量的急剧减少，而在较小的距离处，合作行为被非辐射跃迁破坏。在系综量子效率的距离依赖性中，可以观察到两个区域之间的交叉。我们的数值计算，将直接和等离子体辅助的相互作用的发射器之间的表明，他们不破坏等离子体迪克效应。
2010-08-20 cond-mat.mes-hall
Quantum Interface of an Electron and a Nuclear Ensemble
量子物体系综的相干激发支撑了量子多体现象，并提供了实现量子存储器以存储来自量子比特的信息的机会。到目前为止，单个量子系统（例如量子比特）与这样的系综之间的确定性和相干界面仍然难以捉摸。我们首先利用一个电子将半导体量子点的介观核自旋系综冷却到核边带分辨的状态。然后，我们实现了一个全光学的方法来访问这些单独的量子化的电子-核自旋跃迁。最后，我们进行相干光旋转的一个单一的集体核自旋激发对应的自旋波称为核磁振子。这些结果构成了每个量子点自旋量子位的专用本地存储器的构建模块，并为隔离多体系统的量子态工程提供了固态平台。
2018-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Semiconductor Spin Noise Spectroscopy: Fundamentals, Accomplishments, and Challenges
半导体自旋噪声谱（SNS）是一种独特的实验工具，它利用自旋涨落来深入研究杂质半导体和半导体纳米结构中未受干扰的自旋动力学。该技术通过法拉第效应将热平衡下自由和局域载流子的随机自旋极化映射到非共振探测激光器的光偏振上，并于2005年从原子光学转移到半导体物理学。自旋噪声光谱与半导体自旋动力学的所有其他探针相比的独特优势在于，原则上，样品中不必耗散能量，即，SNS专门产生的内在的，不受干扰的自旋动力学和承诺的光学非破坏自旋测量的前瞻性的固态为基础的光学自旋量子信息设备。SNS特别适合于小电子系综，因为相对噪声随着电子数量的减少而增加。在这篇综述中，我们首先介绍了SNS的基本原理以及施主束缚和离域导带电子自旋噪声的差异。我们继续介绍通过讨论自旋噪声的光谱形状和自旋噪声作为光和物质之间的量子界面的前景。在主体部分中，我们对半导体自旋弛豫作了一个简短的概述，并总结了相应的实验。最后，我们深入了解实验方面，并讨论可能的应用SNS。
2011-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum sensing of a coherent single spin excitation in a nuclear ensemble
在相干相互作用物体的集合中测量单个量子在涌现量子现象的研究中是变革性的。一个孤立的核自旋系综是一个显着的平台，由于其一致性，但检测其单自旋激发仍然是难以捉摸的。在这里，我们使用半导体量子点中的电子自旋量子比特，通过28 GHz量子比特频率上的200 kHz超精细位移，以1.9 ppm的精度感测单个核自旋激发（核磁振子）。我们证明了这种单磁振子精度在多种模式确定的核物种和极性。最后，我们监测的相干动力学的核磁振子和量子相关的出现，对抗退相干。这项工作的直接延伸是探测包括长寿命记忆态在内的系综的工程量子态。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cross-correlation spectra in interacting quantum dot systems
单电荷半导体量子点中相互作用电子自旋的双色自旋噪声谱提供了量子点间相互作用的信息。我们用改进的半经典方法研究了量子点系综中的自旋互相关联函数.自旋关联函数的计算使用Hamilton四元数方法保持本地量子力学性质的自旋。该方法考虑了核电四极相互作用、耦合常数的随机性和电子g因子对自旋噪声功率谱的影响。我们证明了量子点系综可以映射到一个有效的两个量子点的问题，并讨论了如何修改的特征长度尺度的点间相互作用的低频互相关谱。我们认为，相互作用强度分布的细节，可以提取的互相关谱时，施加纵向或横向外部磁场。
2022-04-19 cond-mat.mes-hall
Optimal purification of a spin ensemble by quantum-algorithmic feedback
将量子粒子的高温系综纯化到已知状态是利用量子多体效应的关键要求。将系统带到其基态的被动冷却的替代方案是基于反馈以使系统主动地稳定在目标状态附近。这种替代方案，如果实现的话，为量子态的设计提供了额外的控制能力。在这里，我们提出了一个量子反馈算法能够稳定的集体状态的合奏从无限温度状态的限制，单量子。我们在半导体量子点中的~ 50，000个原子核上实现了这一点，并表明核自旋波动减少了83倍，降至10个自旋宏观态。虽然我们的算法可以净化单个宏状态，但系统特定的不均匀性会阻止达到此限制。我们的反馈算法进一步工程师经典相关的系综状态，通过宏观状态调谐，加权双峰，晶格多稳态，构成了一个前体对量子相关的宏观状态。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Systematic study of the influence of coherent phonon wave packets on the lasing properties of a quantum dot ensemble
相干声子可以在超快时间尺度上极大地改变放置在光学谐振器内的半导体纳米结构中的光-物质相互作用。对于作为活性激光介质的量子点系综，声子能够引起发射强度的大的增强或衰减，如最近已经证明的。这种耦合的声子-激子-光子系统的物理学由各种效应组成，这些效应在实验中通常不能被清楚地分离，特别是因为相当复杂的应变脉冲撞击在量子点系综上。在这里，我们提出了一个全面的理论研究如何影响的激光发射的声子脉冲的各种形状，以及与不同的光谱分布的量子点的合奏。这使我们能够深入了解耦合声子-激子-光子系统的基本相互作用动力学，同时它使我们能够清楚地区分两个突出的效应：系综的绝热位移和振动效应。这为通过声子控制的定制激光发射铺平了道路。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Creation of entangled states in coupled quantum dots via adiabatic rapid passage
通过外部控制制备量子态是量子信息处理和动力学研究中已建立的方法的基础。在这方面，半导体量子点（QD）中的激子是特别感兴趣的，因为它们与光的耦合允许它们使用与调谐光场（诸如外部激光脉冲）的相干相互作用被驱动到指定状态。我们提出了一个协议，绝热快速通过的基础上，在一个合奏的成对耦合的二能级系统，如量子点分子的合奏纠缠态的创建。我们使用现实的参数半导体量子点的定量分析表明，这种方法是可行的，其他方法是不可用的。此外，该方案还可以推广到电路QED、固态环境中的核自旋和电子自旋以及光子耦合腔等其他物理系统。
2012-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Low-frequency charge noise in Si/SiGe quantum dots
硅中的电子自旋具有很长的相干时间，是一种很有前途的量子比特平台。然而，半导体中的电场噪声对量子点自旋量子比特中的大多数单量子比特和多量子比特操作提出了挑战。在这里，我们调查的低频电荷噪声谱的温度和铝氧化物栅介质厚度的Si/SiGe量子点重叠的栅极的依赖关系。我们发现电荷噪声随氧化铝厚度的增加而增加。我们还发现强点到点的噪声幅度和频谱的温度依赖性的变化。这些发现表明，每个量子点经历由两个能级系统的不同系综引起的噪声，每个系统具有不均匀的热激活能分布。两者合计，我们的研究结果表明，在Si/SiGe量子点中的电荷噪声起源于至少部分地从半导体表面附近的两个能级系统的非均匀分布。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall
Titanium trisulfide monolayer: A new direct-gap semiconductor with high and anisotropic carrier mobility
一种新的二维层状材料，即三硫化钛（TiS $_3$）单层片，被预测具有所需的电子性能的纳米电子应用。基于密度泛函理论和形变理论框架下的第一性原理计算，我们证明了TiS $_3$二维晶体是一种带隙为1.06 eV、载流子迁移率高的直接带隙半导体.更值得注意的是，2D TiS $_3$的面内电子迁移率是高度各向异性的，在\emph{b}方向上达到$\sim$ 10，000 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，其高于MoS $_2$单层的面内电子迁移率。同时，空穴迁移率降低约两个数量级。我们还发现，散装的TiS $_3$具有较低的裂解能量比石墨，表明剥离的TiS $_3$单层或多层的可能性高。通过声子谱计算和\emph{NPT}系综中的Born-Oppenheimer分子动力学模拟，考察了TiS $_3$单层的动力学和热稳定性。预测的新的电子性能，使TiS $_3$单层在未来的纳米电子学应用有吸引力的二维材料。
2015-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Witnessing quantum correlations in a nuclear ensemble via an electron spin qubit
自旋相干系综与代理量子位的接口是一个有吸引力的平台，以创建多体相干和探测的集体激发制度。半导体量子点中的电子自旋量子位可以充当到由多个高自旋原子种类组成的量子点内的致密核自旋系综的这种界面。早期的工作已经表明，电子可以通过其平均场与总核极化的相互作用的统计，即其平均值和方差，来传递其核环境的性质。在这里，我们展示了一种方法来探测自旋状态的核合奏，利用其集体自旋激发的反应，使物种选择性重建超出平均场。对于光学制备的平均场的可访问范围，重建的人口表明，系综是在一个非热，相关的核状态。重建物种分辨极化的总和超过经典预测的三倍。这种明显的偏离来自于包含粒子间相干性的自旋系综，并作为纠缠见证证实了黑暗多体态的形成。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Fingerprints in Higher Order Correlators of a Spin Qubit
半导体量子点中电子的自旋代表自然的纳米级固态量子比特。与核自旋的耦合导致退相干，这限制了该量子位允许的量子逻辑运算的数量。研究退相干的传统方法是研究自旋弛豫和自旋回波，这等价于研究自旋二阶时间相关器在各种外界条件下的性质。在这里，我们开发了一种替代技术，通过显示，相当多的信息动态可以从直接测量的高于第二阶关联函数，迄今为止已被阻碍在半导体量子点。我们表明，此类关联函数对无法在经典框架内解释的纯量子效应敏感，并且可以仅通过重复的投影测量直接确定系综和量子退相时间，而无需相干自旋控制。我们的方法使纯量子效应的研究，包括测试的Leggett-Garg型不等式，排除本地隐藏变量解释的自旋量子位动力学。
2015-11-11 cond-mat.mes-hall
Qubit protection in nuclear-spin quantum dot memories
我们提出了一种机制来保护存储在半导体量子点中的核自旋系综中的量子信息。当点带电时，原子核通过超精细耦合与多余电子的自旋相互作用。如果使这种耦合非谐振，则它导致集体存储状态和所有其它状态之间的能隙。我们发现，能隙保护量子存储器从本地自旋翻转和自旋退相噪声。讨论了非理想初始自旋极化和非均匀超精细耦合的影响。
2009-02-26 cond-mat.mes-hall
On the relationship between noise squeezing and Rabi oscillations in active quantum dot ensembles
Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Kassel University（卡塞尔大学）
研究通过量子点SOAs中的Rabi振荡实现噪声压缩，发现其周期性行为与脉冲能量相关，且在特定条件下产生非高斯态。
2025-12-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Triggering phase-coherent spin packets by pulsed electrical spin injection across an Fe/GaAs Schottky barrier
半导体自旋电子器件中自旋的精确控制需要用于产生具有明确定义的初始相位的自旋包的电装置。我们展示了一个脉冲电方案，触发自旋系综相位以类似的方式作为圆偏振光脉冲产生相位相干自旋包。在这里，我们使用快速电流脉冲初始化相位相干自旋包，这是注入到$n$ -GaAs的Fe/GaAs肖特基势垒。通过时间分辨的法拉第旋转，我们证明了相位相干的观察多个拉莫尔进动周期的电流脉冲宽度下降到500 ps在17 K。我们发现，电流脉冲展宽的肖特基势垒的充电和放电时间。在高频率下，可观察到的自旋相干性仅受电流脉冲的有限带宽的限制，该带宽大约为2GHz。因此，这些结果表明，在微波频率下的电子自旋包的全电注入和相位控制的金属铁磁体/半导体异质结构是可能的。
2021-11-17 cond-mat.mes-hall
Characterizing Quantum-Dot Blinking Using Noise Power Spectra
来自胶体半导体量子点的宏观集合的荧光中的波动具有1/f噪声的光谱形式。所测得的功率谱密度反映了单个点的“开”和“关”时间的幂律分布的荧光不稳定性，因此可以作为表征这种闪烁行为的简单方法。
2004-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An artificial Rb atom in a semiconductor with lifetime-limited linewidth
我们报告的结果是重要的创造一个最好的两个世界的量子混合系统组成的固态源的单光子和原子系综作为量子存储器。我们从GaAs量子点（QD）中产生与Rb D2跃迁频率匹配的单光子，然后使用Rb跃迁对量子点光子进行光谱分析。我们证明了寿命有限的量子点线宽（1.48 GHz）与共振和非共振激发。在低功率区中的QD共振荧光由瑞利散射主导，这是匹配量子点和Rb原子线宽并成形QD光子的时间波包的途径。在固态环境中的噪声是相对良性的：有一个闪烁的共振荧光在MHz的速率，但可以忽略不计的上状态的量子点跃迁的失相。因此，我们建立了一个接近理想的固态源的单光子在一个关键波长的量子技术。
2016-03-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Size-enhanced, coherent photoluminescence from CdS-ZnO nanocomposite thin film
我们发现，从一个密集的，两个组件的合奏量子点发射的光致发光显着高于从量子点的两个纯系统（CdS和ZnO）。采用高压磁控溅射法在Si基片上直接沉积了半导体纳米复合材料，其特征晶粒尺寸为2-3 nm。它表现出单一的、相对尖锐的光学吸收边。此外，使用经典的杨氏双缝实验，我们表明-可能是第一次-发射的光致发光具有显着的时空相干性，这将是至关重要的事实，它们用于量子信息处理以及从发光粒子的激光作用。
2004-09-01 cond-mat.mes-hall
Cavity polaritons: Classical behaviour of a quantum parametric oscillator
从理论上研究了基于半导体腔激子-极化激元的脉冲光参量振荡器。一个“超自旋”的形式主义的发展，允许在大量的极化激元的情况下，减少量子动力学的参量振荡器波函数的经典概率分布的刘维尔方程。极化激元系综的统计意义进行了分析。
2004-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Detection and modeling of hole capture by single point defects under variable electric fields
该研究利用门控电势和半经典 Monte Carlo 模拟，揭示单个 NV 中心在可变电场下的空穴俘获规律，并发现远超集合测量的俘获截面。
2023-06-02 cond-mat.mes-hall
Sub-single exciton optical gain threshold in colloidal semiconductor quantum wells with gradient alloy shelling
胶体半导体量子阱已经成为一种有前途的材料平台，用于溶液可加工的光产生，包括胶体激光器。然而，依赖于它们的光学增益的应用由于常见的II-VI族半导体纳米晶体中的光放大的多激子性质而遭受基本的复杂性。由于快速的非辐射俄歇衰减，这不期望地增加了光增益阈值并缩短了净增益寿命。在这里，我们证明了亚单激子水平的光学增益阈值在特别设计的CdSe/CdS@CdZnS核心/冠@梯度合金壳胶体量子阱。这种子单激子系综平均增益阈值Ng = 0.80（每个粒子），由于阻碍俄歇复合以及量子阱的大吸收截面，使我们能够观察到放大的自发发射开始在800 nJ cm-2的低泵浦能量密度，至少三倍优于所有胶体半导体纳米晶体中先前最好的报道值。此外，实现了800 ps的长光增益寿命，伴随着模式增益系数为2,000 cm-1。最后，使用这些梯度壳量子阱，我们展示了一个垂直腔面发射胶体激光器工作在超低激光阈值为7.5微焦耳cm-2。这些结果代表了实现溶液可加工的电驱动胶体激光器的重要一步。
2019-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
