Microscopic models for charge-noise-induced dephasing of solid-state qubits
几个实验已经表明，由于环境电荷噪声波动，量子比特相干性衰减的形式为$\mathrm{exp}[-(t/T_2)^α]$。我们提出了一个微观描述的参数$T_2$和$α$的温度依赖性。我们的描述是适当的半导体中的量子比特与耦合到热浴的寄生两级电荷起伏。我们发现不同的幂律依赖性的$T_2$和$α$对温度的波动与相关浴的相互作用的性质。我们考虑由一阶和二阶隧穿引起的具有连续离域电子态的涨落动力学。我们还研究了一个和两个声子过程中的波动在GaAs或Si。这些结果可用于确定占主导地位的电荷退相机制，并抑制它们。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-mediated population inversion in a semiconductor quantum-dot cavity system
研究了连续波驱动下量子点腔系统中的激子反转。使用极化子为基础的主方程，我们证明了激发态人口在0.9以上的InAs点在声子浴温度为4K。在激子驱动的系统中，主要机制是来自声子浴的非相干激发。对于腔驱动，其机制是声子介导的光子阶梯态的基态和激发态分支之间的切换，量子轨迹模拟清楚地表明了这一点。激子反转作为失谐的函数被发现是定性不同的激子和腔驱动，主要是由于腔过滤。主方程的方法使我们能够包括重要的辐射和非辐射衰变过程的零声子线，光子和声子散射方面提供了一个明确的基本动态，并承认简单的分析近似，有助于解释物理。
2013-02-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear frequency focusing in periodically pulsed semiconductor quantum dots described by infinite classical central spin models
半导体量子点中电子自旋的相干性由于其与周围同位素中的核自旋浴的相互作用而衰减。这种效应可以通过使系统经受外部磁场和通过施加光脉冲来减小。通过长串中的重复脉冲，自旋进动可以与脉冲周期$T_\text{R}$同步。这驱使核自旋池进入远离平衡的状态，导致核频率聚焦。在本文中，我们使用Phys. Rev. B $\textbf{96}$，054415（2017）中介绍的有效经典方法来描述和分析这种核聚焦。其依赖于有效浴的大小和外部磁场阐明在一个全面的研究。我们发现，脉冲的特性以及核塞曼效应的影响的行为决定性的。
2018-07-17 cond-mat.mes-hall
Microscopic approach to the quantized light-matter interaction in semiconductor nanostructures: Complex coupled dynamics of excitons, biexcitons, and photons
Paderborn University（帕德博恩大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本文提出一个微观量子模型，研究半导体纳米结构中光-物质相互作用，揭示双激子连续态对动力学的显著影响。
2025-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bose polaron interactions in a cavity-coupled monolayer semiconductor
移动量子杂质和玻色浴之间的相互作用导致准粒子的形成，称为玻色极化子。玻色极化子的基本性质，例如它们之间的相互作用，可能与裸杂质的性质有很大的不同。在这里，我们探讨玻色极化子物理在二维非平衡设置注入$σ^-$极化激子极化激元杂质到浴的相干$σ^+$极化激元产生的单层MoSe $_2$嵌入在光学腔的共振激光激发。通过利用双激子费什巴赫共振之间的杂质和浴极化激元，我们调整的相互作用系统的强耦合制度，并证明了两个新的准粒子分支的共存。利用时间分辨的泵浦探测测量，我们观察到极化子修饰如何改变杂质极化激元之间的相互作用。值得注意的是，我们发现，高能量极化子准粒子之间的相互作用，这是排斥小浴占用，可以成为有吸引力的强杂质浴耦合制度。我们的实验提供了在任何物理系统中玻色极化子-极化子相互作用强度的第一个直接测量，并为探索和控制驱动耗散设置中的多体相关性铺平了道路。
2022-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Quantum simulation of the microscopic to macroscopic crossover using superconducting quantum impurities
该研究聚焦离散微观模式浴趋近宏观连续谱时费米黄金定则的起始问题，通过与量子比特耦合的有限传输线单光子衰减展开分析，揭示了衰减率趋近费米黄金定则预测的条件，阐明了级联过程的作用，其形式体系可用于超导电路实验分析。
2025-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Resonance fluorescence spectra from semiconductor quantum dots coupled to slow-light photonic crystal waveguides
利用极化子主方程方法研究了相干驱动的量子点耦合到声子池和具有丰富局域光子态密度的光子晶体波导中的共振荧光光谱.已知半导体晶体中量子点的共振荧光光谱显示出强烈的电子-声子相互作用特征，但当耦合到结构化光子库时，量子点发射特性也由光子库的LDOS的频率依赖性决定。在这里，我们调查的同时作用耦合光子和声子浴上的特征Mollow三重态光谱从强驱动的量子点。作为一个结构光子储库的例子，我们首先研究了一个光子晶体耦合腔波导，发现光子和声子在耦合腔波导的上模边缘附近具有反相互作用，从而建立了它们各自的作用在确定发射光谱中的重要性。一般的理论是任意光子水库，并进一步应用于确定共振的荧光光谱从一个现实的，无序的W1光子晶体波导显示重要的光子-声子相互作用的影响，是直接相关的新兴的实验和理论建议。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic dynamics of electron hopping in a semiconductor quantum well probed by spin-dependent photon echoes
利用自旋相关的光子回波结合抽运-探测克尔旋转研究了CdTe/（Cd，Mg）Te量子阱中电子自旋在跳跃区的微观输运。我们表明，独立的特定的自旋弛豫机制，跳跃的居民电子导致光子回波衰减时间的缩短，而横向自旋弛豫时间从泵探测瞬态评估增加由于自旋动力学的波动有效磁场的晶格核的运动变窄。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall
Microscopic study of optically-stable, coherent color centers in diamond generated by high-temperature annealing
固体中的单色心已经成为量子信息科学的一个有前途的物理平台。创建这些具有优异量子特性的中心是进一步技术发展的关键基础。特别是，对旋转浴环境的微观理解是设计量子控制色心的关键。在这项工作中，我们提出并展示了一种独特的高温退火（HTA）方法，用于在无重结晶金刚石中产生高质量的氮空位（NV）中心。同时使用所创建的NV中心作为其局部环境的探针，我们验证了HTA在显微镜下没有引起损伤。在超低氮浓度膜中产生的几乎所有单NV中心都具有稳定的和傅里叶变换限制的光谱。此外，HTA大大减少了自然生长在合奏样本的噪声源，并导致三倍以上的消相干时间和灵敏度的改善。我们还验证了空位激活和缺陷重组，特别是H3和P1中心，可以解释自旋浴和色心之间的重新配置。这种新颖的方法将成为基于空位的量子技术的强大工具。
2022-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlling dephasing of coupled qubits via shared-bath coherence
本文提出利用共享浴的量子相干性来抑制耦合量子比特退相干，通过Trotter分解与累积量展开证明在特定量子点间距下退相干速率降低，并揭示其源于纠缠态间的声子辅助跃迁。
2024-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
The Role of a Polariton Bath in the Emission Spectrum of an Open Nanocavity-Quantum Dot System
研究了极化激元池对受限纳米腔-量子点（nC-QD）系统基元激发光致发光（PL）谱的影响。我们将nC-QD系统建模为与其环境相互作用的单光子腔模强耦合的两能级激子。通过Born-Markov主方程考虑了由环境引起的非哈密顿过程，该主方程包括：激子和光子进出腔的增益和损失，半导体晶格中声子散射产生的退相机制以及由于已经提到的极化激元浴而产生的极化激元的增益和损失。为了验证我们的唯象模型，我们拟合了实验光谱，以提取主方程中出现的所有参数的值。我们的研究结果表明，极化激元泵浦和损失率是可比的其他参数，因此，我们有第一个证据表明，极化激元浴，我们提出了一个nC-QD系统的动力学中有重要的作用。
2012-07-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Loschmidt echo driven by hyperfine and electric-quadrupole interactions in nanoscale nuclear spin baths
核自旋池（NSB）动力学及其量子控制对于半导体环境中量子信息的存储和处理具有重要意义。在载流子自旋存在的情况下，主要是超精细相互作用控制高频NSB特性。在这里，我们首先研究了整体的相干性衰减和rephasings在超精细驱动的NSB通过所谓的Loschirtecho（LE）的时间和频谱行为。其依赖于NSB的大小，初始偏振，耦合不均匀性分别进行了研究，这导致一个简单的唯象表达式，可以容纳所有这些属性。与普遍强调自旋1/2不同，具有较大自旋量子数的NSB被同等地考虑。对于这种情况，另外考虑了核电四极相互作用的影响，其中双轴项对退相干有影响。从模型系统中获得的见解，然后把使用两个通用的现实半导体系统，即，施主中心和量子点，代表小和大的纳米级NSB的例子，分别。大量子点的LE谱可以达到100~MHz范围，而对于施主中心，LE谱降低到几MHz，使得它们易于适用于动态解耦技术。四极相互作用对LE的影响对于大量子点来说可以忽略不计，而对于施主中心来说则变得很重要，最明显的是以去极化NSB的形式。
2018-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum theory for electron spin decoherence induced by nuclear spin dynamics in semiconductor quantum computer architectures: Spectral diffusion of localized electron spins in the nuclear solid-state environment
我们考虑了半导体量子计算机体系结构中单个局域电子自旋由于耦合到晶格核自旋浴而产生的退相干。在低温和外加磁场的情况下，主要的退相干机制是电子自旋共振频率的谱扩散，这是由于偶极相互作用引起的自旋对触发器产生的随机磁场引起的.由于这种随机磁场，电子自旋退相复杂地依赖于核自旋池的量子动力学，使得耦合退相干问题难以解决。我们提供了一个正式的精确解决方案，这个非马尔可夫量子退相干问题，数值计算准确的自旋退相干在短时间内，这是特别相关的固态自旋量子计算机架构。发展了一种量子集团展开方法，并对该方法进行了验证。该方法具有足够的通用性，可能应用于其他类型的自旋退相干问题。我们提出的数值计算结果是在定量协议与电子自旋回波测量磷掺杂硅。我们还提出了自旋回波衰减结果的量子点在GaAs中的磷掺杂的硅系统的定性不同。我们的理论结果提供了在可扩展的半导体量子计算机架构中，在低温和中至高磁场下，半导体中局域电子的自旋相干性（至少，如哈恩自旋回波测量所表征的那样）的最终极限。
2006-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Control of individual electron-spin pairs in an electron-spin bath
本文利用单个NV中心对电子自旋浴的相干反作用，实现了对一对浴自旋的检测、制备与动力学控制，并以亚纳米分辨率成像，揭示了编码在自旋对中的量子比特具有44(9) ms的长退相位时间，为理解和操控中心自旋退相干的微观机制及自旋系统传感提供了新途径。
2023-11-28 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
Stabilization of collapse and revival dynamics by a non-Markovian phonon bath
半导体量子点（QD）已被证明是研究光-物质相互作用基本原理的多功能候选者[1-3]。与原子光学相反，耗散过程是由与环境的固有耦合引起的，通常被认为是实验和应用中稳定性能的主要障碍[4]。在本文中，我们表明，这是不一定的情况下。事实上，记忆环境可以增强相干量子光学效应。特别是，我们证明了非马尔可夫耦合到一个非相干的声子浴有稳定的相干量子点腔量子电动力学（cQED）的影响，通过抑制不规则的振荡和促进定期崩溃和复兴模式。对于低光子数，我们预测量子点动力学大大偏离著名的原子Jaynes-Cummings模型。我们的建议开辟了一条道路，通过专门设计的固态环境的光子量子效应的系统和故意的设计。
2012-03-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-dressed Mollow triplet in the regime of cavity-QED
我们研究了置于高$Q$半导体腔中的受驱动量子点与声学声子池相互作用的共振荧光光谱。动力学计算使用的时间卷积主方程中得到的极化子帧。我们表现出显着的频谱加宽的Mollow边带通过腔发射，小腔耦合率，增加二次拉比频率。然而，对于较大的腔耦合率，这种加宽的依赖性被发现是更复杂的。这种场依赖性的莫洛三重态加宽主要是三重态峰采样的不对称声子浴的不同部分的结果，并同意直接与最近的实验与半导体微柱。从失谐腔光子浴和多光子效应的影响被证明是发挥定性的重要作用的荧光光谱。
2011-08-23 cond-mat.mes-hall
Quadrupolar induced suppression of nuclear spin bath fluctuations in self-assembled quantum dots
量子逻辑门（量子比特）中由于与周围环境相互作用而产生的退相干是量子信息技术实际实现的主要障碍。对于固态电子自旋量子比特，与核自旋的相互作用是主要问题。电子退相干的一个特别的、可理解的来源来自核自旋浴的退相干，由核-核偶极相互作用驱动。由于其多体性质，核退相干很难预测，特别是对于一类重要的应变纳米结构，其中核四极效应具有显着但很大程度上未知的影响。本文报道了对单个应变InGaAs/GaAs量子点核自旋池相干性的直接测量：核自旋回波相干时间T2在1.2 - 4.5 ms之间，基于这些T2值，我们证明了四极相互作用使应变量子点中的核涨落比晶格匹配的GaAs/AlGaAs结构慢得多。由于镓和铟合金化的原子无序效应，这种波动抑制对于砷核特别强。我们的研究结果表明，四极效应可以帮助解决设计可扩展的量子计算硬件的长期挑战：III-V族半导体自旋量子位可以被设计为具有无噪声的核自旋浴（以前只能在核自旋0半导体中实现，其中量子位网络互连和缩放具有挑战性）。
2014-03-21 cond-mat.mes-hall
Microscopic theory of cavity-confined monolayer semiconductors: polariton-induced valley relaxation and the prospect of enhancing and controlling the valley pseudospin by chiral strong coupling
我们应用微观理论的激子极化激元在腔限制的单层过渡金属dichalcogenides，包括在单层平面中的光学偏振，允许描述如何手性腔光子相互作用的谷自由度的活性物质。极化激元形成后，居住在两个不等价的山谷的简并激子假设成键和反键叠加作为腔介导的intravalley相互作用结合谷间库仑相互作用的结果。这是谷极化的极化激元诱导的相干混合的代表。与无序相结合，这种混合倾向于打开一个新的谷弛豫通道，其随着腔耦合的增加而变得重要。重要的是，我们表明，光学腔的左，右手圆偏振光子的非对称反射提供了一个相当强大的平台，实现保守的谷偏振，作为谷本地化的激子恢复了一个不对称拉比分裂，提升其简并性。此外，我们显示这种简并提升允许波长选择性访问谷赝自旋通过极化激元诱导的手征斯塔克效应，提供有趣的机会valleytronic应用。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Microscopic simulations of the coupled dynamics of cavity photons, excitons, and biexcitons
Institute for Photonic Quantum Systems (PhoQS), Paderborn University（帕德博恩大学光子量子系统研究所）；Department of Physics and Center for Optoelectronics and Photonics Paderborn (CeOPP), Paderborn University（帕德博恩大学物理系与光电光子学中心）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学学院）
该研究通过量子化微观模拟，探讨了半导体纳米结构中光子、激子和双激子的耦合动力学，揭示了双激子连续态对量子动力学的影响及腔体模式频率和耦合强度的重要性。
2026-02-02 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
Microscopic Theory of Exciton-Exciton Annihilation in Two-Dimensional Semiconductors
类俄歇激子-激子湮灭（EEA）被认为是二维（2d）材料中基于激子的器件中量子产率的关键基本限制。由于它是具有挑战性的实验解开EEA从竞争过程中，定量理论的指导是非常可取的。EEA的本质需要一个材料现实的描述，这是迄今为止没有的。我们提出了一个多体理论的基础上的第一性原理能带结构和库仑相互作用矩阵元素，超越了一个有效的玻色子图片的EEA。将我们的理论应用到单层MoS $_2$封装在六方BN中，我们在室温下获得了$10^{-3}$ cm $^{2}$ s $^{-1}$的EEA系数，这表明载流子损耗通常由其他过程，如缺陷辅助散射主导。我们的研究开辟了一个视角，以量化现代材料研究的焦点中各种二维材料中固有EEA过程的效率。
2021-09-24 cond-mat.mes-hall
Decoherence induced by a sparse bath of two-level fluctuators: peculiar features of $1/f$ noise in high-quality qubits
本文研究了稀疏双能级涨落子浴对高质量量子比特的退相干作用，发现尽管不同浴实现产生相似的$1/f$噪声功率谱，但相干时间差异巨大，且仅由少数特殊涨落子主导。
2024-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic Mechanism of Specific Peptide Adhesion to Semiconductor Substrates
为纳米技术应用如生物分子纳米阵列设计混合肽-固体界面需要深入了解肽在固体基质上结合和组装的基本机制。在这里，我们通过实验和计算分析表明，突变的合成肽在半导体上的吸附特性表现出明显的序列依赖性粘附特异性。我们的模拟一种新的混合肽基板模型揭示了脯氨酸突变和结合亲和力之间的对应关系，以一个干净的硅基板。在合成理论上建议的具有不同结合行为的氨基酸序列后，我们在随后的原子力显微镜实验中证实了粘附时选择性突变的相关性。
2011-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of steady quantum transport in a superconducting processor
本研究利用超导量子处理器，通过量子比特梯模拟热力学库实现稳态粒子流，验证其与库初始化微观细节无关且涨落随库大小减小，还可通过库宏观性质调节电流，为强关联量子物质的非平衡量子输运实验探索奠基。
2024-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Bath memory as a precision resource in quantum transport
Universidad de Murcia（穆尔西亚大学）
研究利用结构浴记忆增强介观量子输运精度，提出阻抗匹配条件优化浴带宽，使Fano因子最小化并超越马尔可夫极限，为半导体量子点阵列等平台提供设计策略。
2026-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonequilibrium electrical, thermal and spin transport in open quantum systems of topological superconductors, semiconductors and metals
我们研究各种开放量子系统中的非平衡输运，这些系统和引线/浴由拓扑超导体（TS）、半导体和金属制成。使用量子朗之万方程和格林函数方法，我们推导出精确的表达式为稳态的电，热，和自旋电流在一个系统和引线之间的交界处。我们验证这些电流表达式进行比较，从直接的时间演化模拟的结果。然后，我们展示了如何电流注入TS线分为两部分进行单电子激发和库珀对。我们进一步显示弹道热输运在一个开放的TS线在拓扑阶段下的温度或电压偏置。热流值在拓扑相变附近显著增长，其中热导显示如先前预测的尖锐的量化峰。我们与量子化的热导开放TS线的零频率热电传输系数。我们还观察到一个大的热电电流附近的TS线的拓扑转变。我们引入了一个微分自旋电导，它显示了一个量子化的零偏置峰在零温度的自旋TS线的拓扑阶段。超导浴在运输中的作用是通过彻底检查的零温差电导和热导在开放系统与TS浴的功能。我们的新的热电和自旋输运的发现，在各种双端几何是有益的，目前的挑战，在实验中探测马约拉纳准粒子的出现。
2022-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Trion-phonon interaction in atomically thin semiconductors
掺杂的单层半导体的光学和输运性质由三电子主导，三电子是由两个电子和一个空穴形成的三粒子化合物，反之亦然。在这项工作中，我们调查的trion-phonon相互作用的微观基础上，并将我们的模型的示范性的情况下，二硒化钼（MoSe 2）单层。通过求解三电子薛定谔方程，我们确定了三电子系列态及其内部量子结构。将系统转换成一个trion的基础和解决运动方程，包括trion声子相互作用的二阶Born-Markov近似，提供了一个微观访问trion动力学。特别是，我们调查trion传播和计算的扩散系数和迁移率。在低密度极限下，我们发现由于与声子的耦合较强，质量较大，激子和电子的传输效率较低。对于增加的密度，我们预测一个急剧增强的扩散所造成的建立一个大的压力，由简并trion气体，这是一个直接后果的费米子字符trions。我们的工作提供了微观的见解trion-phonon相互作用及其对原子薄半导体扩散行为的影响。
2022-09-08 cond-mat.mes-hall
Conduction electrons and the decoherence of solid state qubits
研究了半导体中杂质束缚电子与导带电子相互作用的动力学。仅考虑交换交互作用。在常用的玻恩近似和马尔可夫近似下，我们导出了单量子比特和双量子比特系统的密度矩阵的主方程。在两个量子比特的情况下，浴介导的RKKY相互作用自然产生。仅当量子位间距与浴电子的热deBroglie波长的比率（$R_{T}$）小时，它才导致显著的能量偏移。这种浴介导的相互作用也对退相干时间有深远的影响;随着$R_{T}$的增加，这种影响单调下降。
2006-03-10 cond-mat.mes-hall
Singlet exciton optics and phonon-mediated dynamics in oligoacene semiconductor crystals
有机半导体晶体作为实现光电应用的高效、廉价和多样化的平台而脱颖而出。这些晶体的光学响应是由激子物理学的丰富织锦。到目前为止，人们对这类材料中声子驱动的单重态激子动力学知之甚少。在这个联合的理论实验工作中，我们结合了高品质的oligacene半导体晶体的制造和表征，通过光致发光测量与一个复杂的方法，在这些晶体的微观建模。这使我们能够研究单重态激子光学和动力学。我们预测并五苯晶体中的声子瓶颈效应，在那里我们发现暗激子作为关键的声子介导的弛豫散射通道。虽然在并五苯晶体中的有效的单线态裂变阻碍了这种瓶颈效应的实验观察，我们在理论和实验中揭示了一个独特的偏振和温度依赖性的吸收和光致发光光谱的并四苯晶体，包括微观起源的激子线宽，较高的Davydov状态的激活在大的温度下，和偏振相关的特定激子共振淬灭。我们的联合理论和实验研究代表了一个显着的进步，在微观理解的单重态激子光学和动力学的寡并苯晶体。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall
Two coupled qubits interacting with a thermal bath: A comparative study of different models
我们研究了两个相互作用的量子比特系统，其中一个量子比特是孤立的，另一个量子比特耦合到热库。我们考虑两种不同的模型的系统水库相互作用：i）一个“微观”模型，其中的主方程推导出考虑到两个子系统（量子比特）之间的相互作用，ii）一个天真的“唯象”模型，其中的主方程由一个耗散项添加到幺正演化项。我们研究了强耦合和弱耦合机制（量子比特-量子比特相互作用）以及不同温度的库中的量子量子纠缠、量子不和谐和孤立量子比特的线性熵等量的动力学。我们发现，即使在弱耦合制度从两个模型得到的结果之间的显着分歧。例如，我们表明，根据唯象模型，孤立的量子比特将在更高的温度下更慢地接近最大混合态（非物理结果），而微观模型预测了相反的行为（正确的结果）。
2016-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Microscopic calculation of polariton scattering in semiconductor microcavities
激子-极化激元系统中的最近实验提供了极化激元-极化激元相互作用常数的值的高精度测量，极化激元-极化激元相互作用常数是支配极化激元凝聚体的非线性动力学的关键参数，并且可能使量子相关极化激元成为可能。然而，到目前为止，这个参数只在理论上使用微扰处理或近似，不包括激子的复合性质。在这里，我们使用最近开发的微观描述的极化激元涉及电子，空穴和光子，带电粒子之间的相互作用被假定为高度屏蔽。在这个模型中，我们进行了精确的四体计算的自旋极化极化激元极化激元和极化激元激子相互作用常数。在与微腔中原子薄半导体有关的弱光-物质耦合的极限下，我们得到了与最近提出的低能极化激元-极化激元散射的普遍形式极好的一致性[O. Bleu等人，2，043185（2020）]。在较强的光-物质耦合，多层微腔的相关性，我们观察到的相互作用常数增加到玻恩近似预测。我们表明，在所有的制度的利益的相互作用常数可以准确地从激子-激子散射相移在负碰撞能量，我们认为，这具有重要的意义，在其他系统中具有较强的光-物质耦合的相互作用。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Impact of exciton-phonon and exciton-magnon interaction on transport in anisotropic 2D magnetic semiconductors
Philipps-Universität Marburg（马尔堡菲利普斯大学）；mar.quest—Marburg Center for Quantum Materials and Sustainable Technologies（mar.quest——马尔堡量子材料与可持续技术中心）；University of Münster（明斯特大学）
本文发展微观多体理论，揭示CrSBr中激子-声子和激子-磁子相互作用的各向异性散射导致方向依赖的扩散系数，并识别出单声子与双磁子散射的温度特征，为磁性范德华半导体激子输运提供理论框架。
2026-09-21 cond-mat.mes-hall
Impact of optically pumped non-equilibrium steady states on luminescence emission of atomically-thin semiconductor excitons
本文通过微观计算研究连续波泵浦下过渡金属二硫化物激子的非平衡稳态，发现声子辅助跃迁主导导致光致发光激发谱和偏振度出现尖锐特征。
2022-01-10 cond-mat.mes-hall
Microscopic analysis of high harmonic generation in semiconductors with degenerate bands
基于多带半导体布洛赫方程，提出并分析了一种能正确描述简并带和带交叉的晶体固体中高次谐波产生的微观方法。众所周知，数值能带结构计算通常提供具有未确定的k依赖相位的电子波函数，这导致包含任意k依赖相位的矩阵元素。此外，这样的方法通常混合退化带和带的能量差小于数值精度以任意的方式为k空间中的每个点。如果考虑由电场引起的动力学，则这些模糊性是有问题的，因为位置算子的矩阵元素涉及波函数关于k的导数。当光-物质相互作用用长度规范描述时，通过沿场方向采用光滑规范变换，解决了Bloch态的任意相位和简并子空间混合问题.通过与速度计计算结果的比较，验证了该方法的有效性。虽然我们在两种规范中获得相同的总体结果，但长度规范是有利的，因为它收敛于较少数量的带，因此需要比速度规范少得多的数值工作。此外，带间和带内贡献之间的独特区别以及因此在长度计中的指导性物理解释是可能的，而在速度计中，这是不清楚的。计算的偏振方向相关的高次谐波光谱与GaAs的实验数据吻合得很好。此外，它表明，在适当的条件下，Berry曲率是主要负责的偶次谐波极化垂直于驱动场。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall
Magneto-gyrotropic effects in semiconductor quantum wells (review)
综述了量子阱中的磁旋光电流效应。我们讨论了这些影响的实验数据，现象学分析和微观模型的结果。在低维结构的旋向性介质中，电流是由自旋相关散射驱动的，导致光激发和弛豫过程的不对称性。几个应用的影响也被认为是。
2008-03-06 cond-mat.mes-hall
Two-laser dynamic nuclear polarization with semiconductor electrons: feedback, suppressed fluctuations, and bistability near two-photon resonance
我们提出了如何光学相干布居捕获（CPT）的本地化半导体电子的自旋稳定周围的核自旋浴通过超精细相互作用，导致在一个状态，这是更有序的比热平衡状态。我们发现不同的控制制度，不同的迹象，激光失谐和检查过渡从非偏振，窄化状态的偏振态具有双稳态。状态的变窄产生较慢的电子自旋退相和自我改进的CPT。我们的分析是相关的各种固态系统，其中超精细诱导的退相是使用电子自旋相干性的限制。
2014-10-13 cond-mat.mes-hall
Witnessing non-stationary and non-Markovian environments with a quantum sensor
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Centro Atómico Bariloche, CONICET, CNEA（巴里洛切原子中心，阿根廷国家科学技术研究委员会，阿根廷核能委员会）；Instituto de Nanociencia y Nanotechnologia, CNEA, CONICET（纳米科学与技术研究所，阿根廷核能委员会，阿根廷国家科学技术研究委员会）；Instituto Balseiro, CNEA, Universidad Nacional de Cuyo（巴尔塞罗研究所，阿根廷核能委员会，门多萨国立大学）；Physikalisches Institut, Universität Stuttgart（斯图加特大学第三物理研究所）
本文通过量子传感器研究非稳态和非马尔可夫环境，揭示其动态特性并验证实验结果。
2025-12-20 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Qubit coherence control in a nuclear spin bath
半导体中局域自旋的相干动力学受到晶格核自旋偶极涨落引起的光谱扩散的限制。在这里，我们将核自旋I=1/2的光谱扩散的半经典理论扩展到与III-V族材料相关的高核自旋，并表明以与核自旋量子数平方（I^2）近似成比例的速率施加连续的量子比特π旋转提供了一种有效的相干增强方法。因此，在III-V族化合物所特有的大自旋环境中，如果π脉冲可以以I^{-2}的间隔产生，那么在不诉诸核自旋极化的情况下，鲁棒的相干操纵是可能的。
2005-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Revealing the Microscopic Mechanism of Displacive Excitation of Coherent Phonons in a Bulk Rashba Semiconductor
本文利用时间分辨泵浦-探测光谱学在Rashba半导体BiTeI中研究相干声子位移机制，发现晶格模式主要由有效电子温度升高驱动，且在带内激发区间不受载流子密度增加带来的额外散射耗散影响。
2024-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Microscopic theory for a minimal oscillator model of exciton-plasmon coupling in hybrids of 2d semiconductors and metal nanoparticles
本文提出改进的耦合振子模型，从微观麦克斯韦方程推导二维TMDC激子与金属纳米颗粒等离激元的有效耦合常数，揭示亮激子与动量暗激子的不同耦合行为，并建议用三振子方程描述实验光谱。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Excitonic terahertz absorption in semiconductors with effective-mass anisotropies
发展了一种计算具有各向异性有效质量的半导体激子性质及其太赫兹响应的微观方法。该方法示出的例子中的锗，它示出的各向异性的电子质量在L-谷导致两个不同的太赫兹吸收共振分离0.8毫电子伏。
2016-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Role of Heat Bath and Pointer Modes in Quantum Measurement
我们提出了一个精确的推导过程中，一个微观测量系统与“热浴”和指针模式的测量设备，通过一个线性耦合涉及厄米算子$Λ$的系统相互作用。在与这些模式的强相互作用的限制，在一个小的时间间隔，我们表明，测量系统和“指针”的测量设备的一部分演变成一个统计混合物的直接产品状态，使系统是在每个本征态的$Λ$与正确的量子力学概率，而指针空间运营商的期望值保留放大的信息系统的本征态。
2001-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory of the quantum-dot Mollow triplet in an exciton-driven semiconductor cavity
我们提出了一个全面的理论研究激子驱动的量子点（QD）放置在高- $Q$半导体腔和相互作用的声学声子浴的共振荧光光谱。在极化子坐标系中，我们导出了一个包含激子-声子和激子-腔场各阶耦合的量子主方程。这项工作详细介绍并扩展了最近一期{ \em Physical Review Letters}（C. Roy和S. Hughes 2011：Phys. Rev. Lett. { \bf 106} 247403）来描述半导体腔-QED体系中的QD Mollow三重态。在这里，我们介绍了两种ME形式，Nakajima-Zwanzig（NZ）和时间卷积（TC），都是二阶的系统-声子库微扰。在极化子框架中，这两个ME形式示出产生等效的连续波（CW）驱动场的人口动力学和荧光光谱。我们还证明了马尔可夫近似是有效的计算非相干散射过程，我们随后利用马尔可夫TC ME探索激子驱动的量子点的共振荧光光谱。腔发射和激子发射的光谱进行了研究，这些被发现有定性不同的光谱特征。使用相干驱动场，众所周知的原子的Mollow三重态的特性被证明是相当大的修改与电子-声学-声子散射，我们突出的关键效应所产生的腔耦合和电子-声子耦合。以腔场馈电和非简谐腔场QED为例，研究了腔场耦合对激子-腔场失谐量和声子池温度的敏感性。我们展示了如何在半最大值（线宽）的莫洛三重态边带的拉比频率的连续波泵的平方的函数的变化。
2012-01-27 cond-mat.mes-hall
Relaxation of Radiation-Driven Two-Level Systems Interacting with a Bose-Einstein Condensate Bath
我们发展了一个光泵二能级系统（TLS）耦合到弱相互作用玻色气体浴的弛豫动力学的微观理论。利用Keldysh形式和图解微扰理论，导出了玻色浴处于正常态和玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）态时TLS Rabi振荡弛豫时间的表达式.我们应用我们的一般理论来考虑一个受辐照的量子点与一个由二维偶极激子气体组成的玻色子浴耦合。当浴是在BEC制度，拉比振荡的松弛是由于冷凝物和非冷凝馏分浴玻色子弱TLS光耦合和主要是由于非冷凝馏分强TLS光耦合。我们的理论还表明，一个相变浴从正常的BEC状态强烈影响的TLS拉比振荡的弛豫速率。TLS弛豫速率是近似独立的泵场频率和单调依赖于磁场强度时，浴是在正常相的低温制度。偶极激子气体的相变导致TLS弛豫速率对泵浦场频率和场强度两者的非单调依赖性，从而为耦合偶极激子气体的BEC相变的检测提供特征签名。
2017-01-07 cond-mat.mes-hall
Polariton transport in 2D semiconductors: Phonon-mediated transitions between ballistic, superdiffusive and exciton-limited regimes
Philipps-Universität Marburg（马尔堡菲利普斯大学）
本文通过考虑声子介导的谷间激子库耦合，研究了二维半导体中极化子的时空动力学，揭示了弹道、超扩散和激子限制扩散三种输运机制。
2025-07-05 cond-mat.mes-hall
Multi-dimensional spectroscopy of mobile excitons in two-dimensional semiconductors
School of Physics and Astronomy, Monash University（莫纳什大学物理与天文学院）；Optical Sciences Centre, Swinburne University of Technology（斯威本科技大学光学科学中心）
本文提出考虑二维半导体移动激子离域特性的MDCS微观理论，其计算光谱与掺杂单层MoSe₂实验吻合，揭示激子极化子相互作用依赖相空间填充效应，为MDCS研究提供新见解。
2026-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Dynamics-Controlled Truncation Scheme for Nonlinear Dynamics in Semiconductor Microcavities
本文提出了强耦合区非线性光学过程中库仑诱导关联效应的系统理论。本文将建立一个动力学控制的截断方案\cite{Axt Stahl}，对包括电磁场量子化在内的SMC中的非线性参量过程进行微观处理。它代表了在强耦合制度下量子光学实验的微观方法的起点，而不需要对所涉及的电子激发（激子）的量子统计进行任何假设。我们利用以前的技术，在半经典的背景下，其中，一旦应用到四波混频的量子阱，允许了解广泛的观察到的现象\cite{Sham PRL95}。我们最终的动力学方程的激子和光子运营商扩展通常的库仑相互作用效应的半经典描述，在一个平均场项加上一个真正的非瞬时四粒子相关，量子光学效应。
2007-10-16 cond-mat.mes-hall
Tuning the electrical resistivity of semiconductor thin films by nanoscale corrugation
从理论上研究了半导体波纹薄膜的低温电阻率。纳米尺度的电阻率增加了电子-电子散射对电阻率的贡献，导致电阻率随着电阻率幅度的增加而逐步发展。增强的电子散射归因于弯曲引起的势能，该势能影响被限制在薄弯曲膜中的电子的运动。详细讨论了阶跃电阻率产生的几何条件和微观机理。
2009-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Theory of polariton-electron interactions in semiconductor microcavities
我们发展了一种嵌入微腔中的电子掺杂二维半导体的微观描述。具体来说，我们调查激子极化激元和电子之间的相互作用的情况下，电荷之间的相互作用是强烈屏蔽和系统是自旋极化。作为一个出发点，我们得到的激子极化激元波函数的解析表达式，我们与光物质系统的微观参数的实验可测量的量，如拉比耦合和腔光子频率。然后，我们推导出标准玻恩近似内的极化子-电子相互作用，并将其与我们从已被证明在核物理和超冷原子气体的背景下非常成功的图解方法获得的精确极化子-电子散射$T$矩阵进行比较。特别是，我们表明，玻恩近似提供了一个上限的极化激元-电子耦合强度在消失的动量。使用我们精确的微观计算，我们表明，极化子-电子散射可以强烈增强激子-电子的情况下，这是相反的预期从玻恩近似。此外，我们还发现在极化激元拐点附近的散射动量处存在一个共振峰，其大小取决于光-物质耦合的强度。我们的研究结果产生的极化激元系统的非伽利略性质，因此应适用于一系列的半导体微腔，如GaAs量子阱和原子薄材料。
2021-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Microscopic theory for the Doppler velocimetry of spin propagation in semiconductor quantum wells
基于自旋动力学Bloch方程，提出了一种在宽温度范围内，考虑空间不均匀性、驱动电场和自旋轨道耦合的半导体量子阱中自旋传播多普勒测速的微观理论.分析表明，在外加电场作用下，自旋密度波获得一个随时间变化的相移$ϕ(t)$。在没有自旋轨道耦合的情况下，相移随时间线性增加，相当于光学测量中的正常多普勒频移。由于自旋-轨道耦合和外加电场的共同作用，相变的早期和后期表现出不同的行为。在初始阶段，有无自旋轨道耦合的相移是相同的。而在后一阶段，当存在自旋轨道耦合时，相移偏离正常多普勒相移。从早期的正常多普勒行为到后期的反常多普勒行为的交叉时间与自旋扩散系数、自旋密度波的波矢和自旋轨道耦合强度成反比。在高温区，由于自旋扩散系数降低，交叉时间变大。解析结果捕捉到了实验结果的所有定量特征，而完整的数值计算与从自旋传播的多普勒测速仪获得的实验数据在定量上吻合得很好[Yang { \it et al.}，Nat. Phys. { \bf 8}，153（2012）]。我们进一步预测，相干自旋进动，最初被认为是在高温下被打破，是强大的窄量子阱的室温。我们指出，在较高温度下，由于较大的交叉时间，人们必须进行更长的实验才能看到相干自旋进动的影响。
2012-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Effects of spin imbalance on the electric-field driven quantum dissipationless spin current in $p$-doped Semiconductors
最近由Murakami等人[Science \textbf{301}，1348（2003）]提出，在一大类$p$ -杂质半导体中，施加的电场可以在垂直于电场的方向上驱动量子无耗散自旋电流。本文研究了自旋不平衡对本征$spin$霍尔效应的影响。我们发现，在一个实际的样品的边界，由于自旋不平衡的存在下，附近的样品的边缘，自旋霍尔电导率不是一个常数，而是一个敏感的$position$ - $dependent$量，由于这一事实，为了考虑自旋不平衡的影响，因此，需要在同等基础上对量子无耗散自旋霍尔电流和自旋累积两者进行微观计算。基于这种微观计算，详细讨论了自旋不平衡对$p$ -杂质半导体薄板中本征自旋霍尔效应的影响。
2004-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Performance engineering of semiconductor spin qubit systems
研究了一个量子计算系统的性能，量子比特由填充两个电子的耦合量子点中的磁性杂质表示。磁性杂质是由电子操纵的。主要噪声源是磁性杂质和主体纺丝浴之间的电子介导的间接耦合。作为电子介导耦合的结果，噪声特性和基本门操作所需的时间两者取决于可控系统参数，诸如量子点的尺寸和几何形状以及外部电场和磁场。我们发现磁性杂质的每相干时间的最大量子操作数随着电子自旋单重态三重态能隙的减小而增加。磁性杂质在弱耦合和大磁场下优于电子的优点将被说明。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of bound and unbound electron-hole-pair populations on the excitonic luminescence in semiconductor quantum wells
本文讨论了半导体自发发射的全微观理论。该理论进行评估的量子阱系统和激子和未绑定的电子-空穴对的排放贡献的作用进行了分析。简化近似的完整理论和它们的有效性范围进行了讨论。数值解实验相关的情况下，它表明，测量光谱的详细分析需要在相同条件下的吸收和发射的知识。
2006-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
