Fast time-domain current measurement for quantum dot charge sensing using a homemade cryogenic transimpedance amplifier
本文提出基于自制 GaAs HEMT 低温 TIA 的高速低噪声时域电流测量方案，通过反馈电阻权衡带宽与噪声，实现量子点电荷传感及自旋量子比特读出所需的高时间分辨率。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall
Measuring carbon nanotube vibrations using a single-electron transistor as a fast linear amplifier
我们展示了碳纳米管机械谐振器的灵敏和快速的电测量。纳米管被配置为单电子晶体管，其电导是其自身位移的敏感传感器。使用阻抗匹配电路和低温放大器，可以实时监测振动。这种连续位移测量的灵敏度接近标准量子极限的470倍。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall
Detrapping and retrapping of free carriers in nominally pure single crystal GaP, GaAs and 4H-SiC semiconductors under light illumination at cryogenic temperatures
我们报告的高纯度非故意掺杂的磷化镓，砷化镓和4 H-碳化硅单晶半导体样品的微波特性的变化时，在低温下用不同波长的光照射的极其敏感的测量。回音壁模式被激发的半导体，而他们被冷却的单级制冷机和他们的频率和Q-因子在光照和黑暗条件下测量的冷指。有了这些材料，回音壁模式技术是能够解决几个百万分之一的介电常数和微波损耗的变化相比，在黑暗中测量。提出了一个唯象模型来解释所观察到的变化，这不是直接从价导带跃迁，但从脱陷和重陷的杂质/缺陷的网站与电离能，奠定在半导体带隙中的载流子。从与测量数据的比较，脱陷和再陷弛豫时间进行了评估。
2010-10-08 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Compact cryogenic Kerr microscope for time-resolved studies of electron spin transport in microstructures
本文介绍了一种可在小体积高场磁体中工作的小型低温克尔显微镜。它适用于Voigt和Faraday配置的测量。该显微镜与脉冲激光源耦合，用于测量半导体微结构的时间分辨克尔旋转响应，空间分辨率约为1微米。该显微镜被设计用于研究自旋输运，这是自旋电子学领域的一个关键问题。因此，可以在微结构上的给定位置处产生自旋极化，并在不同位置处对其进行探测。的显微镜的操作演示的GaAs/AlGaAs异质结量子阱在4.2 K和7特斯拉的自旋极化电子的微米距离扩散的时间分辨测量。
2008-09-18 cond-mat.mes-hall
Quasiballistic electron transport in cryogenic SiGe HBTs studied using an exact, semi-analytic solution to the Boltzmann equation
硅锗异质结双极晶体管（HBT）由于其相对于III-V器件具有竞争性的噪声性能和低成本而作为低噪声微波放大器受到关注。因此，HBT的基本噪声性能限制是令人感兴趣的，并且一些研究报告称，穿过基极的准弹道电子输运是导致影响这些限制的低温非理想IV特性的机制。然而，这一结论还没有严格的测试对理论预测，因为以前的研究建模电子输运与经验的方法或近似解的玻尔兹曼方程。在这里，我们研究非扩散输运窄基区SiGe HBT使用精确的，半解析解的玻尔兹曼方程的基础上的渐近展开方法。我们发现，计算的输运特性与实验不一致，这意味着准弹道电子输运是不可能的起源低温非理想IV特性。我们的工作有助于确定机制的低温HBT放大器的微波噪声系数的下限。
2021-09-02 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Statistical evaluation of 571 GaAs quantum point contact transistors showing the 0.7 anomaly in quantized conductance using millikelvin cryogenic on-chip multiplexing
该研究利用片上低温复用架构在5个GaAs芯片上测量571个QPC，统计分析量子化电导0.7异常，发现其更符合短程相互作用van Hove模型而非自发极化或Kondo模型。
2024-04-10 cond-mat.mes-hall cs.AR cs.SY
Electron subband degeneracy heat pump for cryogenic cooling
本文提出了一种利用半导体异质结电子子带简并性进行连续固态低温冷却的非常规方法。静电热泵的建模，它采用子带的“膨胀”和“压缩”，以达到亚稀释制冷温度与电子-声子相互作用的基本限制。以超宽GaAs量子阱为例，估算单位体积的制冷功率达到$4.5\ \rm mW/cm^3$，热端温度为$300\ \rm mK$，适用于量子计算机或红外探测器等应用。
2023-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cryogenic preamplification of a single-electron-transistor using a silicon-germanium heterojunction-bipolar-transistor
本文研究了一种用于单电子晶体管（SET）低温预放大的硅锗异质结双极晶体管（HBT）。SET电流直接调制HBT的基极电流。将HBT-SET电路浸入液氦中，测量了其从低频到几MHz的频率响应。在较低频率下，采用HBT的电流增益和噪声频谱导致信噪比（SNR）比不采用HBT的情况大10-100倍。与没有HBT放大相比，由SNR = 1定义的过渡频率已经扩展了多达10倍。在所研究的工作范围内，HBT低温前置放大器的功耗约为5 nW至5 μW。该电路还在时域中的单电子电荷读出配置中操作，作为用于单自旋读出的放大方法的原理证明。
2015-09-28 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
Cryogenic instrumentation for fast current measurement in a silicon single electron transistor
我们提出了一种实现的高带宽仪器在低温和稀释制冷机操作，具有优势的方法，使用射频单电子晶体管或跨谐放大器。低温电子进行更快的测量比室温电子的能力进行了研究，通过使用磷掺杂的单电子晶体管。我们成功地实现了单次激发技术，并用于实时观测量子态的衰变。讨论了各种测量策略，并对电子加热和噪声的后果进行了分析。
2010-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterization of self-heating in cryogenic high electron mobility transistors using Schottky thermometry
基于高电子迁移率晶体管（HEMT）的低温低噪声放大器广泛应用于射电天文学、深空通信和量子计算等领域，因此，控制微波噪声系数的物理机制具有实际意义。特别是，在低温下的门的热噪声的贡献仍然不清楚，由于缺乏在这些条件下的热阻的实验测量。在这里，我们报告的栅极结温度和热阻的HEMT在低温和室温下使用肖特基测温方法测量。在温度$\sim 20$ K下，我们观察到热阻与功率的非线性趋势，这与声子辐射的热耗散一致。基于这一发现，我们认为在低噪声偏置和液氦温度下的声子辐射的热输运，并估计从门的热噪声是几倍大于先前假设由于自加热。我们的结论是，没有改进的热管理，自加热的结果在一个实际的下限微波噪声系数的HEMT在低温温度。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable kinetic inductance parametric amplifier
本文提出一种基于邻近化半导体纳米线、无约瑟夫森结的栅极可调谐参量放大器，实现近量子极限性能、20 dB以上增益和30 MHz增益带宽积，并具备高饱和功率、磁场兼容性和电场调谐优势。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
In_(0.75)Ga_(0.25)As on GaAs submicron rings and their application for coherent nanoelectronic devices
在In_（0.75）Ga_（0.25）As Aharonov-Bohm（AB）环中将出现磁场和电场中的电子相位调制。这种材料的零肖特基势垒使得可以纳米制造半径低于200 nm的器件而不会耗尽载流子。我们将提出一种基于湿法和干法蚀刻的制造方案，该方案产生了优异的再现性、非常高的振荡对比度和良好的电选通。这些结构的操作与闭合循环制冷兼容，并表明该过程可以产生不需要低温液体的相干电子电路。InGaAs/AlInAs异质结构是通过MBE在GaAs衬底上生长的[1]，并且鉴于大的有效g因子和不存在肖特基势垒，是研究自旋相关效应[2-4]}和实现混合超导体/半导体器件[5]的感兴趣的材料系统。
2005-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vertical Field-Effect Transistor Based on Wavefunction Extension
我们展示了双层垂直场效应晶体管的机制，其中接近耗尽的一层将扩展其波函数以重叠另一层并增加隧道电流。我们在一个专门设计的GaAs/AlGaAs器件中表征了这种效应，观察到在低温下隧道电流增加了两个数量级，我们建议将该设计外推到其他材料系统，如石墨烯。
2011-07-20 cond-mat.mes-hall
Graphene microwave transistors on sapphire substrates
我们已经开发了在微波频率下工作的蓝宝石衬底上的金属氧化物石墨烯场效应晶体管（MOGFET）。对于单层膜，我们得到的渡越频率高达~ 80 GHz的栅极长度为200 nm，和功率增益的最大频率约为3 GHz的这个特定的样品。鉴于蓝宝石上纳米结构的电荷噪声大幅降低，以及这种材料在低温下的高稳定性和高性能，我们的蓝宝石MOGFET非常适合低温宽带低噪声放大器。
2011-06-27 cond-mat.mes-hall
Radio-frequency reflectometry of a quantum dot using an ultra-low-noise SQUID amplifier
容错的基于自旋的量子计算机将需要快速和准确的量子位读出。这可以使用射频反射测量法来实现，该反射测量法对与量子比特状态相关联的量子电容的变化具有足够的灵敏度。在这里，我们证明了一个23倍的电容灵敏度的改善，通过补充一个SQUID放大器的低温半导体放大器。SQUID放大器工作在200 MHz附近的频率，并实现了低于600 mK的噪声温度时，集成到一个反射电路，这是在一个因素120的量子限制。它能够实现0.07 aF/ \sqrt{Hz}的电容记录灵敏度。该装置用于在短时间内获得栅极限定的双量子点的电荷稳定性图，在1微秒的积分时间内信噪比约为38。
2020-06-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Ultrafast supercontinuum fiber-laser based pump-probe scanning MOKE microscope for the investigation of electron spin dynamics in semiconductors at cryogenic temperatures with picosecond time and micrometer spatial resolution
我们描述了一个双色泵浦-探测扫描磁光克尔效应（MOKE）显微镜，我们已经开发的研究在低温下的半导体中的电子自旋现象与皮秒的时间和微米的空间分辨率。我们的显微镜的关键创新是使用超快“白光”超连续光纤激光源，它提供了整个可见光和近红外光谱范围的访问。我们的克尔显微镜允许独立选择激发和检测能量，同时避免了同步两个单独的皮秒激光系统的脉冲序列的必要性。独立调谐泵浦和探测波长的能力使得能够研究激发能对光致电子自旋动力学的影响。我们演示了皮秒实空间成像的光激发电子自旋包在（110）GaAs量子阱样品的扩散膨胀，以说明仪器的能力。
2013-10-11 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Cryogenic photoluminescence imaging system for nanoscale positioning of single quantum emitters
我们报告了一个光致发光成像系统定位单量子发射器相对于对齐功能。在4 K闭合循环低温恒温器中，通过位于低温恒温器内的高数值孔径（NA=0.9，100 $\times$放大倍数）物镜询问样品，从而能够高效收集发射的光子，而不会因低温恒温器窗口而导致图像失真。在1~s长的采集时间内，用$\approx4.5$ ~nm的不确定度（一个标准差）确定了单个InAs/GaAs量子点在$>50$ ~ $μ$ m~ $\times$ ~50~ $μ$ m视场内的位置。通过用于定位量子点发射的极大似然估计和用于确定对准标记中心的互相关方法的组合来确定不确定性。这种定位技术可以是纳米光子器件的高通量创建中的重要步骤，该纳米光子器件依赖于高度受限的光学模式与单个量子发射器的相互作用。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
The noise cost of reservoir locality in broadband quantum amplifier chains
Beijing Institute of Petrochemical Technology（北京石油化工学院）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所，凝聚态物理国家实验室）；Faculty of Science, Kunming University of Science and Technology（昆明理工大学理学院）；State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院，光电材料与技术国家重点实验室）；Jining University（济宁学院）
该研究针对宽带量子放大器链，分析储层局域性的噪声代价，构造相邻位点损耗通道作为基准，对比均匀与二聚化链的噪声性能，为低温微波阵列的储层设计提供理论指导。
2026-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Traceable precision pA direct current measurements with the ULCA
皮安计校准的标准方法是电容器充电技术，该技术允许产生低于nA范围的可追踪电流。然而，其精度受到所涉及的电容的ac-dc差异的限制。超稳定低噪声电流放大器（ULCA）是PTB开发的一种新型高精度电流计，用于pA范围内的直流测量。它的放大级，基于电阻网络和运算放大器，可以用低温电流比较器（CCC）系统进行跟踪校准。我们比较了两种不同ULCA原型的两种独立校准路线的结果。我们发现这两种方法之间的协议在低于10微安/A的不确定性水平，由电容器充电方法产生的电流的不确定性的限制。研究证实了新型ULCA皮安计的优越性能。
2014-08-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
A system for measuring auto- and cross-correlation of current noise at low temperatures
我们描述了一个双通道噪声检测系统的结构和操作，用于测量电子设备中2 MHz附近的电流波动的功率和交叉谱密度。该系统采用低温放大和基于快速傅立叶变换的光谱测量。增益和电子温度的校准使用约翰逊噪声测温。100 pA的完整散粒噪声可以在10 s的积分时间内分辨。本文报道了GaAs/AlGaAs量子点接触中偏置相关电流噪声的实验测量。
2006-06-09 cond-mat.mes-hall
A Multi-Module Silicon-On-Insulator Chip Assembly Containing Quantum Dots and Cryogenic Radio-Frequency Readout Electronics
本文提出一种基于FDSOI CMOS工艺的低温多模块硅芯片组件，集成了低噪声放大器、单刀八掷开关与硅量子点阵列，成功实现了双单电子盒的时域射频多路复用读出，为全硅量子计算系统奠定基础。
2024-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Normal Metal Hot-Electron Nanobolometer with Johnson Noise Thermometry Readout
分析了由普通金属制成的太赫兹热电子纳米测辐射计（nano-HEB）的灵敏度。采用约翰逊噪声测温法（JNT）作为读出技术。与其超导TES对应物相比，正常金属纳米HEB可以在任何低温温度下工作，这取决于所需的辐射背景限制噪声等效功率（NEP）。它不需要偏置线;通过滤波器组信道化器，单个低噪声X波段放大器可以读取100个纳米HEB。该模型预测，即使由于放大器噪声而导致灵敏度损失，在具有铌（Nb）接触的10-20 nm薄钛（Ti）正常金属HEB中，在50-100 mK下可以预期NEP ~ 10 $^{-20}$ - 10 $^{-19}$ W/Hz $^{1/2}$。该NEP在~ 10 GHz的读出频率范围内相当恒定。虽然具有较弱的电子-声子耦合的材料（铋、石墨烯）不会改善最小可实现的NEP，但是如果需要大于10 GHz的读出带宽，则可以考虑使用它们。
2014-11-05 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall physics.ins-det
