Coherent spin transport and suppression of spin relaxation in InSb nanowires with single subband occupancy at room temperature
自旋电子学的一个长期目标是在室温下占据单个量子化子带的半导体纳米线中注入、相干传输和检测自旋。在这里，我们报告实现这一目标，在50纳米直径的InSb纳米线，证明自旋阀和汉勒效应。在纳米线的自旋弛豫时间被发现已增加了一个数量级，在散装和量子阱中已报告的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫作为一个单一的子带占用的结果，由于抑制。这些实验为实现室温Datta-Das自旋晶体管带来了希望。
2014-01-28 cond-mat.mes-hall
Measurements of anisotropic g-factors for electrons in InSb nanowire quantum dots
我们测量了在不同空间取向的磁场作用下，通过接触处的肖特基势垒在窄带InSb纳米线中形成的少电子量子点的量子能级塞曼分裂.从测量中提取的有效g因子张量是强烈的各向异性和能级依赖性，这可以归因于强自旋轨道相互作用（SOI）和量子限制势中的量子点的存在。我们已经证明了一个成功的测定主值和主轴取向的g因子张量的InSb纳米线量子点的测量下旋转的磁场在三个正交平面。我们还研究了InSb纳米线量子点中激发光谱的磁场演化，并从量子点中基态与其相邻的第一激发态之间的避免能级交叉中提取出$Δ_{so}\sim 180$ $μ$ eV的SOI强度。
2020-12-11 cond-mat.mes-hall
Conductance Quantization at zero magnetic field in InSb nanowires
弹道电子输运是邻近化InSb纳米线中存在拓扑相变的关键条件。然而，作为弹道输运的直接证据的量子化电导的测量到目前为止由于在一维纳米线中的背散射的增加的机会而被模糊。我们表明，通过改善的锗-金属界面以及介电环境，我们可以始终实现电导量子化在零磁场。此外，研究旋转磁场中的子带演化揭示了对于1 T以上的垂直场，第二和第三子带之间的轨道简并。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall
Electronic structures of [001]- and [111]-oriented InSb and GaSb free-standing nanowires
本文报道了沿[001]和[111]晶向取向的InSb和GaSb纳米线的电子结构的理论研究。纳米线用原子模型、自旋轨道模型和紧束缚模型描述，纳米线的能带结构和波函数用Lanczos迭代算法计算.对于[001]取向的InSb和GaSb纳米线，考虑了具有正方形和矩形截面的系统。在这里，发现所有的能带是双简并的。此外，虽然这些纳米线中的最低导带显示出良好的抛物线色散，但顶部价带显示出丰富和复杂的结构。特别地，具有正方形截面的这些纳米线的最顶部的价带示出了双峰结构。在具有矩形横截面的纳米线中，随着截面的纵横比的增加，这种双峰结构被抑制，并且顶部价带逐渐发展成抛物线带。对于[111]取向的InSb和GaSb纳米线，考虑了具有六方截面的系统。发现在Γ点处的所有带又是双简并的。然而，当波矢远离Γ点时，其中一些将分裂成非简并带。此外，虽然最低的导带再次显示出良好的抛物线色散，但最高的价带没有显示出双极大结构，而是在稍微远离Γ点的波矢处具有其最大值的单极大结构。我们还研究了量子限制对[001]和[111]取向的InSb和GaSb纳米线的能带结构的影响，并给出了描述纳米线中带边态量子化能量的经验公式。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall
Quantum transport in an ambipolar InSb nanowire quantum dot device
本文研究双极性 InSb 纳米线量子点器件，通过背栅在电子与空穴输运区域间切换，观测到连续量子能级及库仑阻塞、塞曼、近藤等效应，并提出引线态断层分析方法。
2025-03-12 cond-mat.mes-hall
Phase coherent transport and spin-orbit interaction in GaAs/InSb core/shell nanowires
对GaAs/InSb核壳纳米线进行了低温磁输运测量。纳米线是通过分子束外延自催化生长的。作为背栅电压的函数的电导测量示出了双极行为，其包括在从p型到n型区域的过渡之间的绝缘范围。基于自洽的薛定谔-泊松求解器的模拟表明，双极特性源于费米能级依赖于占据的空穴和电子状态内的近似圆形量子阱中形成的InSb壳。通过施加相对于纳米线轴垂直的磁场，观察电导波动，其用于提取相位相干长度。通过对不同背栅电压下的磁导迹线进行平均，解决了弱反定域化特征。当施加轴向磁场时，测量规则的磁通周期电导振荡。这些振荡归因于位于InSb壳层中的闭环量子化状态，其随着磁通量周期性地移动其能量位置。实验观察到的振荡模式的变化的可能原因进行了讨论，使用模拟结果。
2020-04-02 cond-mat.mes-hall
Electronic Structure and Epitaxy of CdTe Shells on InSb Nanowires
锑化铟（InSb）纳米线由于其独特的性质而被用作量子器件的构建块，即，强自旋轨道相互作用和大Landég因子。将InSb纳米线与其他材料集成可能会展现出具有独特功能的新型器件。一个突出的例子是InSb纳米线与超导体的结合，用于新兴的拓扑粒子研究。在这里，我们结合II-VI碲化镉（CdTe）与III-V的InSb的核-壳（InSb-CdTe）纳米线的形式和探索潜在的应用的基础上的InSb-CdTe界面的电子结构和CdTe的InSb纳米线上的外延。我们确定的InSb-CdTe界面的电子结构，使用密度泛函理论和提取一个I型带对齐与一个小的导带偏移（$\leq$ 0.3 eV）。这些结果表明，这些壳的表面钝化或结合超导体作为隧道势垒的潜在应用。根据这些壳层的结构质量，我们证明了晶格匹配的CdTe可以在没有界面应变或缺陷的InSb纳米线上外延生长。这些外延壳层不引入无序的InSb纳米线所示的可比的场效应迁移率，我们测量的无帽和CdTe帽纳米线。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical control of a spin qubit in InSb nanowire quantum dots: strongly suppressed spin relaxation in high magnetic field
本文研究了门控电位和磁场对InSb纳米线自旋量子比特中声子诱导自旋弛豫速率和电驱动单量子比特操作速度的影响。我们发现，一个强大的$g$因素和高磁场强度导致的电子-声子散射的影响，由于变形势，被认为是无关的材料与一个弱的$g$因素，如GaAs或Si/SiGe。在这种情况下，我们发现，量子比特状态之间的自旋弛豫显着抑制由于垂直于纳米线轴的限制。我们还发现，在自旋量子位的寿命期间可以执行的单量子位操作的数量的最大化需要单个量子点门控电位。
2020-04-22 cond-mat.mes-hall
Room Temperature Device Performance of Electrodeposited InSb Nanowire Field Effect Transistors
在这项研究中，InSb纳米线已形成电沉积和集成到NW-FET。NW在多孔阳极氧化铝（PAA）模板中形成，其中PAA孔径约100 nm限定NW直径。分别在125 ℃和420 ℃下退火后，纳米线显示出InSb的锌掺杂晶体结构，如从X射线衍射和高分辨率透射电子显微镜所证实的。退火的纳米线用于制造纳米线场效应晶体管（NW-FET），每个纳米线场效应晶体管包含具有500 nm沟道长度的单个NW，并且通过掺杂Si晶片上的20 nm SiO2层进行选通。在氩气环境中在300 ℃下对NW-FET退火10分钟后，观察到晶体管特性，其中ION约为40 μ A（在背栅配置中，VDS = 1V），在晶体管操作的线性区域中ION/IOFF约为16 - 20，并且gd约为71 μ S。室温下，从样品中提取的场效应电子迁移率为~1200 cm 2 V-1 s-1。我们报告的高导通电流每纳米线相比，其他报道的NW-FET的背栅几何形状和电流饱和在低源漏电压。长沟道MOSFET模型不能很好地描述器件特性，但可以从速度饱和效应的角度定性地理解增强散射
2011-04-28 cond-mat.mes-hall
Schottky barrier and contact resistance of InSb nanowire field effect transistors
了解半导体纳米线（NW）场效应晶体管（FET）的电接触特性在采用半导体纳米线作为未来纳米电子器件的构建模块和基础物理问题的研究中起着至关重要的作用。在这里，我们报告的Ti/Au，一种广泛使用的接触金属组合，通过两个探针和四探针传输测量个别InSb纳米线的接触特性的研究。我们发现，肖特基势垒的高度$Φ_{\rm{SB}}\sim20\ \rm{meV}$是存在于金属InSb NW接口，其有效高度是栅极可调。在InSb NWFET的接触电阻（$R_{\rm{c}}$）也分析了在低温下的磁输运测量。发现$R_{\rm{c}}$在开态下表现出明显的磁场依赖性特征，即在起始场$B_{\rm{c}}$之后，随着磁场的增加，$R_{\rm{c}}$强烈地增加。一个定性的图片，考虑到在NW的子带的磁人口减少提供解释的观察。我们的研究结果为Ti/Au-InSb纳米线界面存在肖特基势垒提供了坚实的实验证据，并可作为设计和制造新型InSb纳米线基纳米电子器件和量子器件的基础。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall
Ambipolar Transport in Narrow Bandgap Semiconductor InSb Nanowires
我们报告的顶栅场效应晶体管的传输测量研究的InSb纳米线生长的化学气相沉积。晶体管表现出双极传输特性揭示了三个区别的栅极电压区域：在中间区域的费米能级驻留在带隙内，电阻显示出指数依赖于温度和栅极电压。无论是更积极或更负的栅极电压，设备进入电子和空穴传输制度，揭示了随着温度的降低线性下降的电阻。从由直径为50 nm的纳米线制成的1- $μ$ m长的器件的传输测量数据，我们提取出190-220 meV的带隙能量。该器件的关态电流在T = 4K的温度下被抑制在测量噪声范围内。一个较短的，260 nm长的设备被发现表现出有限的关态电流和空穴，开态，周长归一化电流为11 $μ$ A/ $μ$ m在V $_D$ = 50 mV，这是最高的这样的设备，以我们的知识。双极输运特性使得InSb纳米线在CMOS电子学、电子-空穴混合量子系统和基于空穴的自旋量子比特中具有吸引力。
2020-01-18 cond-mat.mes-hall
Exfoliated hexagonal BN as gate dielectric for InSb nanowire quantum dots with improved gate hysteresis and charge noise
我们表征InSb量子点诱导的底部指状门内的纳米线，通过气-液-固过程中生长。栅极与纳米线之间由一层厚度为35 nm的六方氮化硼薄片隔开.我们探测了具有$\sim 2.5\,\mathrm{meV}$充电能量和高达$0.3\,\mathrm{meV}$轨道激发能的门诱导量子点的库仑菱形。覆盖5个库仑菱形的扫描的门滞后揭示了在向上和向下扫描之间仅$60\mathrm{μeV}$的能量滞后。电荷噪声的研究通过长期测量的库仑峰的斜率揭示潜在的波动$\sim 1\,μ\mathrm{eV}/\mathrm{\sqrt{Hz}}$在1\，Hz。这使得h-BN成为目前报道的低间隙III-V族纳米线具有最低栅极滞后和最低低频电位波动的电介质。所提取的值类似于Si/SiGe和Si/SiO ${_2}$系统内的现有技术的量子点。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall
Split-Channel Ballistic Transport in an InSb Nanowire
本文报道了InSb半导体纳米线中一维电子输运的实验研究。三个底栅用于局部耗尽纳米线，从而产生仅具有几个导电沟道的弹道量子点接触。在磁场中，塞曼分裂的相应的1D子带的电导平台的出现，揭示了在$e^2$ /h的倍数，但我们发现一个量化的电导模式在很大程度上依赖于配置的电压施加到底栅。特别地，我们可以使第一平台消失，留下2 $e^2/h$的第一电导阶跃，这表明可以持续高达几特斯拉的显著的两倍子带简并。对于某些栅极电压设置，我们还观察到离散的谐振状态产生的电导功能，可以类似于那些预期从一个螺旋间隙的子带结构中的开口的存在。我们解释我们的实验结果，通过形成两个空间分离的一维传导通道。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall
Spin dephasing in III-V nanowires
我们用半经典蒙特卡罗方法研究了InP和InSb纳米线的自旋极化输运。III-V族沟道中的自旋退相是由于D 'yakonov-Perel（DP）弛豫和由于Elliott-Yafet（EY）弛豫引起的。DP弛豫的发生是由于体反转不对称（Dresselhaus自旋轨道相互作用）和结构反转不对称（Rashba自旋轨道相互作用）。所研究的注入极化方向是沿沟道长度方向。的退相速率被发现是非常强的InSb相比，InP具有较大的自旋退相长度。InP和InSb纳米线的系综平均自旋分量不同。稳态自旋分布也显示了两种III-V纳米线之间的差异。
2011-06-23 cond-mat.mes-hall
Engineering tunnel junctions on ballistic semiconductor nanowires
纳米线器件的典型测量依赖于端到端测量来揭示介观现象，例如量子化电导或库仑阻塞。然而，创建纳米级隧道结允许人们直接测量其他属性，如态密度或电子能量分布函数。在本文中，我们演示了如何实现均匀的隧道结的InSb纳米线，其中低侵入保存纳米线中的弹道输运。隧道结的效用是通过使用超导隧道探针，揭示非平衡性质的InSb纳米线的开放量子点制度的测量证明。在InSb纳米线上制造高质量隧道结的方法适用于其他III-V族纳米线，并允许新的工具来表征局域态密度。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Ultrafast spin initialization in a gated InSb nanowire quantum dots
提出了一种快速、精确的静电量子点中单个电子自旋初始化方法。该点是在纳米器件中创建的，该纳米器件由催化生长的锑化铟（InSb）纳米线和附近的栅极组成，控制电压施加到该栅极。首先，我们将任意自旋的单个电子插入导线。自旋的操作使用由电场引起的Rashba自旋-轨道相互作用来执行。首先，施加到横向栅极的单个电压脉冲用于将电子波包分裂成具有相反自旋取向的两个部分。接下来，施加到其余栅极的另一电压脉冲使两个部分的自旋在相反方向上旋转$π/2$。这样，最初相反的自旋部分最终指向相同的方向，沿着量子线的轴。因此，我们在预定义的方向上设置自旋，而不管其初始方向。这是在小于$60\,\mathrm{ps}$的时间内实现的，而不使用微波、光子或外部磁场。
2018-12-22 cond-mat.mes-hall
Evidence of $ϕ$0-Josephson junction from skewed diffraction patterns in Sn-InSb nanowires
本研究在带Sn壳层的InSb纳米线Josephson结中观测到倾斜临界电流衍射图样，通过唯象模型与紧束缚计算证实其源于含高阶Josephson谐波的$\phi$0-Josephson结，为Majorana研究及非线性量子电路设计提供了新方向。
2024-09-24 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling effects in zinc-blende InSb and wurtzite InAs nanowires: Realistic calculations with multiband $\vec{k} \cdot \vec{p}$ method
对III-V族半导体纳米线导带中的自旋轨道场进行了系统的数值研究。锌掺杂的InSb纳米线被认为是沿着[001]，[011]和[111]方向，而纤锌矿InAs纳米线被认为是沿着[0001]和[10 $\overline{1}$ 0]或[11 $\overline{2}$ 0]方向。利用实空间参数的平面波展开求解了实际多带$\vec{k} \cdot \vec{p}\,$哈密顿量。在所有情况下，线性和立方自旋轨道耦合参数提取纳米线宽度从30到100 nm。典型的自旋轨道能量在$μ$ eV尺度上，除了沿着[10 $\overline{1}$ 0]或[11 $\overline{2}$ 0]生长的InAs纤锌矿纳米线，其中自旋轨道能量约为meV，很大程度上与线直径无关。通过施加横向电场，获得了显著的自旋-轨道耦合，引起Rashba效应。对于约4 mV/nm的电场，所获得的自旋轨道能量在所有研究的生长方向上对于两种材料为约1 meV。其中自旋-轨道效应最大的最有利的系统是沿[1010]或[11 $\overline{2}$ 0]生长的InAs WZ纳米线，因为这里在没有电场的情况下自旋-轨道能量已经是巨大的（meV）。最不利的是沿[0001]生长的InAs WZ纳米线，因为在这里即使电场也不会将自旋轨道能量增加到超过0.1 meV。所得结果对半导体纳米线的光学取向、自旋输运、弱局域化和超导邻…
2018-04-30 cond-mat.mes-hall
InSb Nanowires with Built-In GaxIn1-xSb Tunnel Barriers for Majorana Devices
马约拉纳零模（MZMs），拓扑量子比特的主要候选人，被检测到的零偏置电导峰（ZBP）在隧道光谱测量。在下一代马约拉纳器件中实现窄而高的隧道势垒可以帮助实现理论上预测的ZBP的量化高度。我们提出了一种面向材料的方法来工程师的尖锐和狭窄的隧道势垒，通过合成一个薄的轴向段的GaxIn 1-xSb内的InSb纳米线。通过改变前体的摩尔分数和生长时间，我们精确地控制组成和屏障的长度。GaxIn 1-xSb隧道势垒的高度和宽度从Wentzel-Kramers-Brillouin（WKB）拟合到实验I-V迹线中提取。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall
Selective Area Superconductor Epitaxy to Ballistic Semiconductor Nanowires
半导体纳米线如InAs和InSb是研究Majorana零模和证明拓扑量子计算相关的非阿贝尔粒子交换的有前途的材料。虽然纳米线中马约拉纳束缚态的证据已经被证明，但这些实验中的大多数都以显著的无序为特征。特别是，超导体和纳米线之间的界面不均匀性被强烈认为是无序和由此产生的软超导能隙普遍存在于混合超导体-超导体系统的隧穿研究中的罪魁祸首。此外，纳米线系统中缺乏弹道输运可以产生模拟马约拉纳签名的束缚态。我们解决这些问题，通过选择性区域外延的Al到InSb纳米线，适用于其他纳米线和超导体的技术的发展。外延InSb-Al器件通常具有硬超导能隙，并表现出弹道一维超导性和在单模区中的超导电流的接近完美的传输，为工程和控制一维拓扑超导性提供了条件。此外，我们证明了外延InSb-Al超导岛设备，基于马约拉纳的量子计算应用的构建块，使用选择性区域外延制备可以实现微米级弹道一维传输。我们的研究结果为量子器件应用的弹道超导电子学网络的发展铺平了道路。
2018-09-11 cond-mat.mes-hall
Observation of Majorana Fermions in a Nb-InSb Nanowire-Nb Hybrid Quantum Device
报道了在Nb-InSb纳米线量子点-Nb杂化系统中观察到的Majorana费米子激发。InSb纳米线量子点通过弱肖特基势垒形成在两个Nb接触之间，因此处于与接触的强耦合的状态。由于邻近效应，被超导体Nb接触覆盖的InSb纳米线段变成具有超导能隙$Δ^*$的超导体。当外加磁场大于InSb纳米线的塞曼能为$E_z\sim Δ^*$的临界值时，整个InSb纳米线处于非平凡的拓扑超导相，支持一对Majorana费米子，库珀对可以通过Majorana费米子态在超导体Nb接触之间传输.当外加磁场大于第二临界值时，系统将发生向平凡拓扑超导相的转变，这种输运过程将被抑制。在我们的实验中已经观察到了这种物理场景。我们已经发现，我们的混合器件的零偏压电导测量显示在准粒子库仑阻塞区域的施加磁场的范围内的电导平台。
2012-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Study of 0-$π$ phase transition in hybrid superconductor-InSb nanowire quantum dot devices
混合超导半导体纳米线器件提供了一个理想的平台来研究新的间隙内束缚态，如Andreev束缚态（ABS），Yu-Shiba-Rusinov（YSR）状态，和Majorana束缚态。在Josephson量子点（QD）器件中，Kondo关联与超导电性的竞争导致了两种不同的基态和0- $π$量子相变的发生。在这里，我们报告的混合超导体InSb纳米线量子点器件与不同的设备几何形状的运输测量。我们演示了实现连续门可调ABS与0型水平和$π$型水平。这使我们能够操纵0和$π$结之间的跃迁，并探索量子相变区域附近的电荷输运和光谱。此外，我们发现在相同的电荷状态下，0型ABS和$π$型ABS共存。通过测量温度和磁场的演化，验证了两组吸收带的不同性质，符合单重态和双重态基态之间的相变现象。我们的研究提供了对混合超导体-量子点器件Andreev输运性质的深入了解，并揭示了0- $π$跃迁附近的子能隙谱的交叉行为。
2016-12-30 cond-mat.mes-hall
Supercurrent and multiple Andreev reflections in an InSb nanowire Josephson junction
外延生长的高质量半导体InSb纳米线是发展高性能纳米电子学、量子信息处理和通信器件以及研究固态系统中新物理现象的新兴材料系统。在这里，我们报告的测量超导正常导体超导结设备制造的InSb纳米线与铝基超导接触。测量结果表明，邻近感应超电流流过的InSb纳米线段，与一个可调的栅极的临界电流，在电流偏置配置和多个Andreev反射特性的电压偏置配置。研究了临界电流与温度、磁场的关系以及结的多次Andreev反射特性。此外，我们从测量中提取了过电流，并研究了其温度和磁场依赖性。InSb纳米线约瑟夫森结器件的超导性的成功观察表明，InSb纳米线为在固态系统中产生和观察诸如Majorana费米子等新的物理现象提供了一种优良的材料系统。
2012-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Large zero-bias peaks in InSb-Al hybrid semiconductor-superconductor nanowire devices
本文报道了InSb-Al混合超导-超导纳米线器件的电子输运研究。隧道光谱学被用来测量子带态的演化，而不同的磁场和电压施加到附近的各种门。在磁场为0.7 ~ 0.9 T时，微分电导包含较大的零偏峰（ZBP），其高度达到2 e ~ 2/h量级。我们调查这些ZBP的大范围的栅极电压在不同的设备。我们讨论了可能的解释，在无序诱导的亚隙状态，Andreev束缚态和马约拉纳零模式。
2021-01-27 cond-mat.mes-hall
Towards high mobility InSb nanowire devices
研究了InSb纳米线的低温电子迁移率。我们提取的迁移率在4.2开尔文通过场效应传输测量使用一个模型组成的接触电阻的三极管。该模型能够准确提取器件参数，从而可以系统地研究纳米线的迁移率。我们确定影响迁移率的因素，并优化后获得$\sim2.5\mathbin{\times}10^4$ cm $^2$ /Vs的场效应迁移率。我们进一步证明了这些迁移率值的再现性，这是最高的纳米线报道。我们的调查表明，目前的流动性是有限的吸附分子的纳米线表面和/或基板。
2015-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical study of PbTe-Pb hybrid nanowires for engineering Majorana zero modes
外延超导体-超导体（SM-SC）混合纳米线是实现马约拉纳量子比特的潜在候选者。最近的实验和理论工作表明，SM中的带电杂质仍然是所有现有混合纳米线的主要问题，其中SM是InAs或InSb，而SC主要是Al。在这里，我们从理论上验证了最近提出的PbTe-Pb混合纳米线作为Majorana器件的潜在候选者。通过对PbTe纳米线的静电和电子性质的研究，我们发现PbTe纳米线的巨大介电常数赋予了其对带电杂质的高容忍度，这是其相对于InAs和InSb纳米线的潜在优势。此外，我们发现PbTe纳米线的有效轴向Landé $g$因子和Rashba自旋轨道耦合强度与InAs纳米线相当。Pb作为超导体的优点是：（i）Pb比Al具有更大的超导能隙、更高的临界温度和更高的平行临界磁场，（ii）Pb与PbTe之间的弱耦合也能在PbTe-Pb中诱导出与InAs-Al和InSb-Al相当的超导能隙，同时减轻了超导体对超导的重整化和诱导无序效应;以及（iii）Pb膜可以在PbTe上生长，其间具有薄的缓冲CdTe层，解决了作为无序的重要来源的晶格失配问题。在平行磁场存在的情况下，由于PbTe-Pb纳米线的高度各向异性Landé $g$因子，我们发现PbTe-Pb的典型BdG能谱和隧道谱与暴露于倾斜磁场的InAs和InSb基混合纳米线的能谱和隧道谱相似。计算的PbTe-Pb拓扑相图表明，PbTe的多相性使其比InAs和…
2022-02-28 cond-mat.mes-hall
Spin transport in ferromagnet-InSb nanowire quantum devices
Majorana零模（MZM）是容错拓扑量子计算的基石，在具有强自旋轨道相互作用（SOI）的半导体纳米线（NW）中，如具有邻近诱导超导性的InSb和InAs纳米线中，已经观察到了MZM的特征。在这个研究最广泛的平台中实现拓扑超导性和MZM还需要消除自旋简并性，这是通过施加磁场以诱导螺旋间隙来实现的。然而，所施加的场可能对NW中的感应超导状态产生不利影响，并且还对设备施加几何限制，这可能影响未来基于MZM的量子寄存器的缩放。这些挑战可以通过将磁性元件与NW集成来规避。有了这个动机，在这项工作中，我们报告的第一个实验研究的自旋输运InSb纳米线，这是使设备与铁磁（FM）接触。我们观察签名的自旋极化和自旋相关的运输在准一维弹道制度。此外，我们表明，静电门调谐所观察到的磁信号，也揭示了运输制度，该设备作为一个自旋过滤器。这些结果开辟了一条通往发展MZM器件的途径，其中自旋简并被局部提升，而不需要施加磁场。它们还为实现利用量子线中的自旋轨道态的自旋基器件提供了一条途径。
2019-09-16 cond-mat.mes-hall
Luttinger-liquid-like transport in long InSb nanowires
制备了石棉基简并半导体InSb长纳米线（线径约50 μ m，长0.1 - 1 mm）。在1.5 - 350 K的温度范围内研究了这些纳米线的导电性。发现零场电导率是温度$G\propto T^α$的幂函数，其典型指数为$α\approx 4$。发现这种纳米线的电流-电压特性是非线性的，并且在足够低的温度下遵循幂律$I\propto V^β$。结果表明，这些纳米线的导电不能占在普通的单电子理论和预期的不纯Luttinger液体的功能。对于一个简单的近似不纯的LL作为一个纯的一个打破成滴的弱链接，估计的弱链接密度约为$10^3-10^4$每厘米。
1999-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Unconventional magnetoresistance in long InSb nanowires
研究了2.3 - 300 K温度范围内，石棉基简并半导体InSb长相关纳米线（线径约5 nm，长0.1 - 1 mm）的磁电阻效应。在零磁场下，这种导线的电导$G$和电流-电压特性服从幂律$G\propto T^α$、$I\propto V^β$，这是一维电子系统所期望的。磁场效应对应于在H=10 T时指数$α$、$β$增长20%。所观察到的磁电阻是由磁场诱导的自旋-电荷分离的破坏引起的，代表了一种新的磁电阻机制。
2002-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electrostatic Performance of InSb, GaSb, Si and Ge p-channel Nanowires
分析了由InSb和GaSb制成的p型纳米线（NW）的静电性能，特别关注其栅极电容行为，并与通常用于p-MOS的传统半导体（如Si和Ge）所实现的静电性能进行了比较。为了做到这一点，一个自洽的kp模拟器已被实施，以实现准确的描述的价带和评估作为所施加的栅极偏置的函数的电荷行为。组成电容，即绝缘体，质心和量子的贡献和作用进行了评估。结果表明，质心和量子电容强烈依赖于半导体材料。我们发现了一个很好的固有的静电性能的GaSb和InSb纳米线，其Ge和Si的对应物，使这些III-Sb化合物良好的候选人，为未来的技术节点。
2017-04-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High Mobility Free-Standing InSb Nanoflags Grown On InP Nanowire Stems For Quantum Devices
高质量的异质外延二维（2D）InSb层是很难实现的，由于大的晶格失配与其他广泛的半导体衬底。解决这个问题的一种方法是在纳米线（NW）茎上生长独立的2D InSb纳米结构，这要归功于当集成晶格失配的半导体系统时，NW沿着侧壁有效地松弛弹性应变的能力。在这项工作中，我们优化了独立的二维InSb纳米旗（NF）的形态。特别是，强大的NW茎，优化的生长参数，并使用反射高能电子衍射（RHEED），以精确地定向优先生长的衬底，实现增加的2D InSb NF的横向尺寸。这些NF的透射电子显微镜（TEM）分析揭示了无缺陷的锌共混物的晶体结构，化学计量组成，和松弛的晶格参数。所得到的NF足够大，以制造具有合适的长宽比的霍尔条接触，从而实现精确的电气特性。测得的电子迁移率为~ 29，500 cm 2/Vs，这是文献中报道的自支撑2D InSb纳米结构的最高值。我们设想使用二维InSb纳米纤维制造先进的量子器件。
2021-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field emission characteristics of InSb patterned nanowires
采用自顶向下腐蚀工艺在Si（100）衬底上制备了不同几何参数（直径和间距）的InSb纳米线阵列。在扫描电子显微镜的真空室中，采用纳米级钨探针作为阳极，研究了InSb纳米线的场发射特性。报道了稳定的场发射电流，其中从约1 $μA$的单个纳米线提取的最大强度对应于高达10 $^4$ A/cm $^2$的电流密度。纳米线的稳定性和鲁棒性通过监测场发射电流约三小时来探测。通过调整阴阳极间距，在500 nm ~ 1300 nm范围内，场增强因子和开启场呈现非单调关系，当间距d = 900 nm时，最大增强$β\simeq $为78，最小开启场$E_{ON} \simeq$为0.033 V/nm。纳米线间距的减小和直径的增加导致场发射性能的降低，场增强（$β<$ 60）降低，开启场（$E_{ON} \simeq $ 0.050 V/nm）增加。最后，对系统中电场分布的有限元模拟表明，发射被限制在纳米线顶面边界附近的有效区域，具有环形形状，最大宽度为10 nm。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mirage Andreev spectra generated by mesoscopic leads in nanowire quantum dots
我们研究了InSb纳米线量子点中Andreev束缚态介导的输运。使用两种超导源极和漏极接触：外延Al/InSb器件呈现出加倍的隧穿共振，而在NbTiN/InSb器件中，在增加源极-漏极偏置电压时，点的Andreev谱出现多次复制。在这两种设备中，都产生了拥挤频谱的海市蜃楼。为了描述的观测结果的模型相结合的软诱导间隙和额外的Andreev束缚态的影响，在量子点和相邻的量子点的纳米线的有限区域。理解Andreev光谱对于正确解释在相同结构上进行的马约拉纳实验是重要的。
2018-05-11 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable Superconductivity in Hybrid InSb-Pb Nanowires
本文制备并表征InSb-Pb混合纳米线，证明其兼具高晶体质量Pb层、硬诱导超导能隙与栅极可调超电流，为混合量子输运器件提供有潜力的材料平台。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Conductance through a helical state in an InSb nanowire
电子的运动和它的自旋一般是不耦合的。然而，在具有强自旋-轨道相互作用（SOI）的一维材料中，螺旋状态可以在有限的磁场下出现，其中相反自旋的电子将具有相反的动量。这种螺旋状态的存在有自旋过滤和库珀对分裂器设备的应用，是一个必不可少的成分，实现拓扑保护的量子计算使用马约拉纳零模式。在这里，我们报告的量子点接触（QPC）形成的锑化铟纳米线的磁场的函数的电导测量。在超过3 T的磁场下，$2e^2/h$平台显示出朝向$1e^2/h$的折返电导特征，其在包围$1e^2/h$平台之前宽度随磁场线性增加。旋转外部磁场平行或垂直于自旋轨道场，使我们能够清楚地将这种实验特征归因于SOI。我们将我们的观测结果与包含SOI的QPC模型进行了比较，并提取了~6.5meV的自旋轨道能量，这明显强于通过其他方法获得的SO能量。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall
Diffusive and Ballistic Transport in Ultra-thin InSb Nanowire Devices Using a Few-layer-Graphene-AlOx Gate
本研究制备超薄InSb纳米线并提出少层石墨烯结合ALD生长AlOx的新型栅控方案，通过低温输运测量观测到电导平台与法布里-珀罗干涉，证实少量子模式下的相位相干输运，为减轻半导体量子器件的无序影响提供了新途径。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopy of spin-orbit quantum bits in indium antimonide nanowires
利用局域选通技术在InSb纳米线中实现了少电子区的双量子点。利用电偶极自旋共振方法研究了双电子本征态谱。观察到自旋轨道相互作用引起的单重态-三重态能级排斥。利用单重态-三重态排斥的大小和各向异性来确定InSb纳米线双点中自旋轨道有效场的大小和方向。所得到的结果证实了使用自旋封锁泄漏电流各向异性和个别量子点的输运光谱。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall
Parametric exploration of zero-energy modes in three-terminal InSb-Al nanowire devices
利用射频反射技术对三端InSb-Al纳米线器件进行了系统的研究。在系统地改变化学势、磁场和结的介电常数的同时，对混合纳米线的两端进行了Tunneling光谱测量。识别最低能量状态允许构建最低和零能量状态图，其显示状态如何作为上述参数的函数而演变。重要的是，比较的图表采取的每一端的混合动力车，使不同时共存的状态的识别，排除了大量的参数空间作为候选人的拓扑相。此外，改变结双折射率过滤掉对局部栅极电位敏感的零能态。这样的测量策略显着减少了必要的时间，以确定一个潜在的拓扑相位，并最大限度地减少错误地识别平凡的束缚态马约拉纳零模式的风险。
2022-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tuning Rashba spin-orbit coupling in homogeneous semiconductor nanowires
我们使用$\vec{k}\cdot\vec{p}$理论来估计大型半导体纳米线中的Rashba自旋轨道耦合（SOC）。我们专门研究GaAs和InSb为基础的设备与不同的栅极配置，以控制对称性和本地化的电子电荷密度。我们探讨了不同尺寸和掺杂的线的栅控SOC，我们表明，在高载流子密度SOC具有非线性电场敏感性，由于大的重塑的量子态。根据我们的计算，我们分析了最近的实验与InSb纳米线。发现与物理修订版B 91，201413（R）（2015）中报告的SOC系数具有良好的一致性，但与Nat Commun.，8，478（2017）。我们讨论这种差异的可能来源。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall
Uncovering Bound States in the Continuum in InSb nanowire networks
本文研究弹道区InSb纳米线网络在垂直磁场下的电荷输运，发现BICs在电导中呈现独特共振/反共振峰，找到最优引线配置并揭示Rashba相互作用的双重影响，为BICs观测及自旋电子器件开发奠基。
2024-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Hard superconducting gap in InSb nanowires
通过优化InSb纳米线与NbTiN超导体之间的界面均匀性并实现无势垒接触，成功诱导出硬超导能隙，且在约0.5特斯拉磁场下仍保持超电流，为拓扑超导和量子计算提供了实现路径。
2024-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Probing the Design Space of InSb Topological Superconductor Nanowires for the Realization of Majorana Zero Modes
本文通过理论计算与基于非平衡格林函数的量子输运分析，探究了InSb拓扑超导纳米线承载Majorana零模的适宜性，确定了由磁场和电化学势定义的最佳设计空间，实现了清晰的零偏置电导峰特征。
2025-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Hysteretic magnetoresistance in nanowire devices due to stray fields induced by micromagnets
研究了InSb纳米线在CoFe微磁体杂散磁场作用下的磁滞磁电阻效应。没有任何铁磁成分的器件表明，InSb纳米线的磁阻通常在零磁场下呈现局部最大值或局部最小值。切换微带磁化，然后导致在正或负的滞后依赖电导最大值或最小值相对于全局外部场的移位。杂散场被发现是在几十毫特斯拉的范围内，规模超过纳米线磁阻的发展。我们观察到，杂散场信号是类似的铁磁接触（自旋阀）的设备中获得的。我们进行微磁模拟，这是在合理的协议与实验。局部变化的磁场的使用可能会为马约拉纳电路带来新的想法，其中纳米线网络需要在纳米尺度上控制磁场方向。
2020-07-12 cond-mat.mes-hall
Optimizing spin-orbit splittings in InSb Majorana nanowires
半导体-超导体异质结构是检测Majorana零模和随后利用其奇异的非阿贝尔统计处理量子信息的一个有前途的平台。这种低维半导体的理论建模通常基于唯象有效模型。然而，对它们的能带结构，特别是这些器件中电子的自旋轨道耦合的更微观的理解对于优化它们在量子计算中的应用参数是重要的。在本文中，我们解决这个问题，首先获得一个高度准确的有效的紧束缚模型从头计算在散装。该模型是对称化的，正确地再现了能带结构和波函数特征。然后，它是用来确定Dresselhaus和Rashba自旋轨道分裂引起的有限尺寸效应和外部电场在锌铟锑一维和二维纳米结构的生长参数的函数。这里提出的方法，使可靠的模拟现实的设备，包括那些用来实现奇异的拓扑状态。
2016-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of junction length on supercurrent resilience against magnetic field in InSb-Al nanowire Josephson junctions
本研究探讨了 InSb-Al 纳米线约瑟夫森结长度对超导电流抗磁场能力的影响，发现减小结长度可显著提升临界平行场，30 nm 短结在 1.3 T 磁场下仍保持超导电流，为需要抗磁场超导电流的混合纳米线实验提供了关键支持。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Multiterminal Quantized Conductance in InSb Nanocrosses
通过研究InSb纳米线的轴向和径向生长随时间的变化规律，确定了分子束外延生长单晶InSb纳米交叉的条件。低温电气测量的InSb nanocross器件与本地栅极控制的个别终端表现出量化的电导，并用于探测的空间分布的导电通道。调谐到的情况下，nanocross结连接在连接纳米线终端的几个通道的量子点接触，我们表明，通过该结的运输是弹道除了接近夹断。结合一个新的概念，阴影外延的图案化超导体的纳米交叉，这里报道的结构显示出实现非平凡的拓扑状态在多终端约瑟夫森结的承诺。
2021-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantized conductance and large g-factor anisotropy in InSb quantum point contacts
由于InSb具有很强的自旋轨道相互作用和很大的Landé g因子，在Majorana费米子的研究中起着重要的作用。为了进一步探索马约拉纳费米子的新特性，基于量子阱的混合器件被认为是纳米线的替代方法。在这项工作中，我们报告了一个明显的量子点接触器件在InSb/InAlSb量子阱的电导量子化。使用旋转磁场，我们观察到一个大的面内（|g1| =26）和面外（|g1| =52）g因子各向异性。此外，我们调查交叉的子带与相反的自旋和提取的电子有效质量从磁去布居的一维子带。
2016-08-19 cond-mat.mes-hall
Few-Mode and Anisotropic Quantum Transport in InSb Nanoribbons Using an All-van der Waals Material-Based Gate
University of Minnesota（明尼苏达大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
利用全vdW材料栅极实现InSb纳米带中少模式量子输运，展现清洁量子器件的潜力。
2025-01-29 cond-mat.mes-hall
Parity independence of the zero-bias conductance peak in a nanowire based topological superconductor-quantum dot hybrid device
通过电荷输运测量研究了基于纳米线的拓扑超导体-量子点-拓扑超导体混合器件中Majorana费米子的特征。该器件由外延生长的InSb纳米线和Si/SiO $_2$衬底上的两个超导体Nb接触制成。在低温下，在两个Nb接触之间的InSb纳米线段中形成了一个量子点，并且由于邻近效应，InSb纳米线的两个Nb接触段显示出超导性。在零磁场下，在量子点的库仑阻塞区的电荷稳定性图测量中观察到了定义明确的库仑钻石和近藤效应。在有限的、足够强的磁场作用下，在相同的库仑阻塞区观察到零偏压电导峰结构。研究发现，无论量子点中准粒子占据数的奇偶性如何，在多个连续的库仑菱形中都存在零偏压电导峰。此外，我们还发现零偏压电导峰在大多数情况下伴随着两个微分电导峰，形成了三峰结构，偏压两侧峰之间的分离显示出与器件背景库仑电导振荡密切相关的振荡。观察到的零偏压电导峰和相关的三峰结构与基于纳米线的拓扑超导体-量子点-拓扑超导体系统中的Majorana费米子物理的特征一致，其中与量子点相邻的两个Majorana束缚态被杂化成一对能量有限的准粒子态，而另外两个Majorana束缚态保持为零-能量模式位于整个InSb纳米线的两端。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Variable and orbital-dependent spin-orbit field orientations in a InSb double quantum dot characterized via dispersive gate sensing
本研究利用色散栅极传感（DGS）表征InSb纳米线双量子点的自旋轨道场取向，发现其随电子占据数和轨道变化，验证了无电流表征自旋轨道相互作用的新方法。
2022-04-12 cond-mat.mes-hall
Thin InSb layers with metallic gratings: a novel platform for spectrally-selective THz plasmonic sensing
我们提出了一种基于微米薄InSb层的光栅耦合等离子体结构的太赫兹光学特性的计算研究。我们发现两个强吸收共振，我们解释为常设表面等离子体模式，并调查其色散关系，对InSb厚度的依赖，和空间分布的电场。所观察到的表面等离子体模式很好地描述了一个简单的理论的空气/InSb/空气三层。光栅/InSb结构的等离子体激元响应对电介质环境和分析物（例如，乳糖）在InSb界面，这是有前途的太赫兹等离子体传感器的应用。我们确定的传感器灵敏度为7200 nm每折射率单位（或0.06太赫兹每折射率单位）。下表面等离子体激元模式也表现出分裂时，在1.37太赫兹的乳糖的振动模式的共振调谐。我们建议，表面等离子体激元和振动模式之间的这种相互作用可以用作一种新的传感模式，允许检测太赫兹振动指纹的分析物的基础。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transition from positive to negative magnetoresistance induced by a constriction in semiconductor nanowire
我们研究了在沿[111]方向生长的锑化铟（InSb）纳米线中，在沿纳米线轴向外加磁场和几何收缩条件下的磁输运性质.我们已经发现，磁阻是负的狭窄的收缩，接近零的一些中间半径的收缩，并采取正值的收缩与半径接近的纳米线。对于所有大小的磁场，已经发现，只要纳米线的其他几何参数是固定的，磁阻符号发生变化的收缩半径几乎是相同的。磁电阻的符号反转被解释为两个因素的综合效应：压缩对横向态的影响和自旋塞曼效应。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Spin-Orbit Protection of Induced Superconductivity in Majorana Nanowires
自旋-轨道相互作用（SOI）在半导体纳米线与超导体的邻近耦合中产生马约拉纳零模起着关键作用。我们跟踪了在大范围的磁场强度和取向下，耦合到NbTiN超导体的InSb纳米线中的感生超导能隙的演化。基于我们的设备的现实模拟，我们揭示了SOI的强度为0.15-0.35 eV的$\require{mediawiki-texvc}Å$。我们的方法确定了自旋轨道场的方向，这是强烈的超导体的几何形状和静电门的影响。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall
Transport signature of fractional Fermions in Rashba nanowires
我们从理论上研究了Rashba自旋轨道相互作用、均匀磁场和空间调制磁场作用下半导体纳米线的输运。该系统是完全带隙的，并且自旋轨道相互作用和磁场之间的相互作用导致在纳米线的每一端处的Jackiw-Rebbi类型的分数带电费米子（FF）束缚态。我们研究了N/NW/N系统的传输和噪声行为，其中导线由两个正常的引线（N）接触，我们寻找可能的签名，可以帮助在实验中检测这种状态。我们发现，微分电导和散粒噪声表现出一个子能隙结构，充分揭示了FF态的存在。我们的预测可以通过InSb/InAs纳米线在标准的两端测量进行测试。
2013-09-15 cond-mat.mes-hall
