The Map between Symmetries and Orbital Rules to Realize Tunable Band Gap in Quantum Anomalous Hall Effect Material
本文建立了对称性与轨道规则的映射，通过旋转磁化方向控制晶格对称性以开关带隙，并预测TiSb单层为带隙可调的量子反常霍尔效应材料。
2024-04-24 cond-mat.mes-hall
Tunable spin-charge conversion through topological phase transitions in zigzag nanoribbons
研究了具有六角晶格的锯齿形磁性准一维纳米带在大的自旋轨道耦合下的自旋轨道矩和电荷泵。这样的系统经历拓扑相变从平凡的带绝缘体的量子自旋霍尔绝缘体无论是通过调整磁化方向或内在的自旋轨道耦合。我们发现，自旋-电荷转换效率（即自旋-轨道扭矩和电荷泵）显着增强的拓扑转变，显示出显着的角度各向异性。
2016-04-29 cond-mat.mes-hall
Highly Tunable Spin-Orbit Torque and Anisotropic Magnetoresistance in a Topological Insulator Thin Film Attached to Ferromagnetic Layer
研究了拓扑绝缘体（TI）薄膜和磁性绝缘体混合结构中的自旋-电荷转换现象。我们发现一个各向异性的逆自旋电流效应（ISGE），产生一个高度可调的自旋轨道力矩（SOT）。在准弹道极限下，我们还预测了低掺杂时的巨各向异性磁电阻效应。这些效果，没有对应的厚TI，依赖于同时存在的表面状态和面内磁化之间的杂交。ISGE和AMR都表现出对磁化强度和费米能级位置的强烈依赖性，并且可以用于纳米级的自旋电子学和基于SOI的应用。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall
Spin Textures of Polariton Condensates in a Tunable Microcavity with Strong Spin-Orbit Interaction
我们报告了一个扩展的家庭的自旋纹理共存模式的零维极化激元凝聚空间限制在可调开放微腔结构。光子自旋和角动量之间的耦合在开放腔结构中得到增强，导致携带量子化自旋涡旋的极化激元凝聚产生新的本征态。取决于腔限制势的强度和各向异性以及自旋-轨道耦合的强度，这可以通过激子/光子分数来调谐，冷凝物发射表现出自旋涡旋状图案或线性偏振，与理论建模非常一致。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall
Chiral Casimir Forces: Repulsive, Enhanced, Tunable
Casimir力的符号和强度既有理论意义又有实际意义。一个著名的，令人沮丧的不去定理指出：“两个具有反射对称性的物体之间的卡西米尔力总是吸引力。“在这里，我们发现了推理中的一个漏洞，并提出了一种实现排斥卡西米尔力的通用方法。我们发现，Casimir力的符号和强度可以通过插入旋光或旋光介质之间的机构进行调整，并调制外磁场。
2018-05-21 cond-mat.mes-hall
Spin Hall conductance in a Y-shaped junction device in presence of tunable spin-orbit coupling
利用Landauer-Büttiker方法研究了三端Y型器件中存在可调自旋轨道相互作用时的自旋霍尔效应.我们已经发展了一种制造技术，用于在Y形器件的两个臂之间创建不同的角间距，以便研究角宽度对自旋霍尔电导（SHC）的影响。较小的角间距产生较大的电导。自旋量子化轴的任意取向也产生对应于Y形装置的不同角分离的SHC的有趣的三维等高线图。结果清楚地表明了自旋旋转对称性的破缺。进一步进行了系统的研究，比较和对比不同的SO项，如Rashba和Dresselhaus SO相互作用和角分离的相互作用。
2016-07-12 cond-mat.mes-hall
Strong and tunable spin-orbit interaction in a single crystalline InSb nanosheet
实现了一种双栅InSb纳米片场效应器件，并用于研究窄带隙半导体InSb纳米片中自旋轨道相互作用的物理起源和可控性。我们证明，通过施加电压的双栅极，有效地调谐的InSb纳米片中的自旋轨道相互作用可以实现。我们还发现存在一个内在的自旋轨道相互作用的InSb纳米片在零双栅电压，并确定其物理起源作为一个内置的不对称性的器件层结构。InSb纳米片具有强的、可控的自旋轨道相互作用，可以简化自旋电子学器件、自旋量子器件和拓扑量子器件的设计和实现。
2020-12-11 cond-mat.mes-hall
Weak localization and conductance fluctuations of a chaotic quantum dot with tunable spin-orbit coupling
在GaAs异质结构中的二维量子点中，自旋-轨道散射速率基本上降低到低于体二维电子气中的速率[B.I. Halperin等人，Phys.Rev.Lett. 86，2106（2001）]。如果自旋-轨道耦合参数获得空间依赖性，则可以取消这种减少，这可以通过例如，通过仅覆盖部分量子点的金属栅极。我们计算了在平行于量子点平面的磁场作用下，这种空间非均匀自旋轨道散射对通过弹道点接触耦合到电子库的混沌量子点的弱局域化修正和普适电导涨落的影响.
2001-10-23 cond-mat.mes-hall
Josephson current via spin and orbital states of a tunable double quantum dot
实验研究了对称性可调的双量子点（DQD）约瑟夫森结中超导电流的输运。量子点是平行耦合到两个超导接触，并可以调整之间的强点间杂交和环的几何形状，其中杂交被抑制。在这两种情况下，当两个相互作用的轨道要么是空的，要么充满了自旋，或者两者兼而有之时，我们都观察到了超电流。然而，当每个量子点都有一个不成对的自旋时，超电流取决于自旋的基态。在零外磁场下，对于自旋三重态基态的环状结构，它被强烈抑制。通过增加量子点杂化，我们发现当基态转变为自旋单态时，会出现超导电流。一般来说，超导电流在自旋二重态基态的情况下会被抑制，但在轨道简并时会出现一个例外，当系统拥有一个额外的自旋时，而不是三个，指向破缺的粒子-空穴对称性。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall
Emergence of giant orbital Hall and tunable spin Hall effects in centrosymmetric TMDs
本研究通过理论计算发现1T相非磁性TMDs存在巨本征轨道霍尔效应，其自旋-轨道耦合可诱导可观自旋霍尔效应，且磁场能将自旋霍尔效应强度翻倍，为自旋轨道量子器件及相关基础研究提供了候选材料。
2024-05-20 cond-mat.mes-hall
Tunable quantum anomalous Hall octet driven by orbital magnetism in bilayer graphene
量子反常霍尔（QAH）效应-零磁场下手性能带拓扑的宏观表现-仅通过拓扑绝缘体的磁性掺杂（1 - 3）和莫尔异质结构的精细设计（4 - 8）在实验上实现。然而，长期以来，人们一直预测没有磁性掺杂或莫尔工程的看似简单的双层石墨烯具有QAH效应的竞争有序态（9 - 11）。在这里，我们探索的状态，在双层石墨烯的电导率为2电子2/小时，不仅生存下来，以惊人的小磁场和高达5 K的温度，但也表现出磁滞。总之，实验签名提供了令人信服的证据，轨道磁驱动的QAH行为与陈数可调通过电场和磁场以及载波符号。所观察到的QAH相的八重态是不同于以前的观察，由于其独特的亚铁磁和亚铁电秩序，其特征在于量子化的异常电荷，自旋，谷，和自旋谷霍尔行为。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall
Tunable Giant Spin Hall Conductivities in a Strong Spin-Orbit Semimetal: Bi$_{1-x}$Sb$_x$
本征自旋霍尔电导率计算强自旋轨道Bi $_{1-x}$ Sb $_x$半金属，从久保公式和使用Berry曲率评估整个布里渊区从紧束缚哈密顿量。在这些材料中，具有强自旋-轨道相互作用的近交叉带产生巨大的自旋霍尔电导率，范围从铋的474（$\hbar$ /e）（$Ω$ cm）$^{-1}$到锑的96（$\hbar$ /e）（$Ω$ cm）$^{-1}$;铋的值是铂的两倍多。对于对应于三维拓扑绝缘体状态的合金组合物，例如Bi $_{0.83}$ Sb $_{0.17}$，大的自旋霍尔电导率持续存在。通过将化学势改变0.5 eV，对于掺杂的Bi或对于Bi $_{0.83}$ Sb $_{0.17}$，自旋霍尔电导率可以改变五倍，这表明掺杂或电压调谐自旋霍尔电流的可能性。
2014-10-27 cond-mat.mes-hall
Tuning Rashba Spin-Orbit Coupling in Gated Multilayer InSe
利用自旋-轨道耦合（SOC）操纵电子自旋是自旋电子学的一个重要组成部分。静电门控具有强SOC的材料导致有效的磁场，该磁场又可以用于控制电子自旋。在这项工作中，我们报告的存在和静电调谐Rashba SOC多层InSe。在InSe的量子输运研究中，我们观察到了从弱局域化（WL）到弱反局域化（WAL）效应的栅电压调谐交叉，这表明SOC强度增加。磁输运研究和能带图计算的定量分析提供了强有力的证据，Rashba SOC的优势，在静电门控InSe。此外，我们属性的SOC强度的趋势，饱和在高栅极电压的增加的电子密度的状态诱导饱和的电场所经历的InSe层中的电子。Rashba SOC的非线性栅极电压控制的这种解释可以推广到其他静电门控半导体纳米材料，其中观察到类似的自旋轨道长度饱和趋势（例如纳米线场效应晶体管），因此在自旋电子学中具有广泛的意义。在InSe中识别和控制Rashba SOC可以在未来设计基于III-VI族半导体的自旋电子器件中起关键作用。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling, optical transitions, and spin pumping in mono- and few-layer InSe
我们表明，自旋轨道耦合（SOC）在InSe使整个主带隙的光学跃迁与面内偏振光耦合。由于In和Se中的原子内SOC，通过$p_{x,y}\leftrightarrow p_z$杂化实现的这种跃迁可以被视为两个主要基于$s$和$p_z$轨道的带之间的跃迁，伴随着电子自旋翻转。使用第一原理密度泛函理论参数化$\mathbf{k\cdot p}$理论，我们估计单层中$σ^{\pm}$圆偏振光子的吸收为$\sim 1.5\%$，其在较厚的膜（$3-5$层）中饱和为$\sim 0.3\%$。圆偏振光可用于选择性地将电子激发到导带中的自旋极化状态，这允许通过超精细相互作用对In核的自旋极化进行光泵浦。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall
Narrow-band tunable THz detector in antiferromagnets via Néel spin-orbit torque and spin-transfer torque
我们研究的动力学的反铁磁体的同时应用直流自旋电流和交流充电电流，激发的要求，全电控设备在太赫兹间隙（0.1-30太赫兹）。我们表明，交流电流，通过Néel自旋轨道力矩，可以锁定相位的稳定旋转Néel矢量的进动是由直流自旋电流控制。在相位锁定制度的频率输入交流信号与自振荡的频率，其中典型的反铁磁体落入太赫兹范围。自振荡的频率与进动引起的磁性子晶格的倾斜成正比，这种倾斜与所谓的动态磁化有关。我们展示了如何传入的交流信号可以检测到从测量的直流电流的依赖性的恒定动态磁化。根据反铁磁体的参数和输入信号的特性（频率、幅度、带宽、持续时间）之间的关系，我们推导出了锁相的条件。我们还证明了旋转的Néel矢量可以通过逆Néel自旋轨道力矩产生交流电流。因此，由直流自旋电流驱动的反铁磁体可以用作在太赫兹范围内工作的窄带信号的可调谐探测器和发射器。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall
Gate Tunable In- and Out-Of-Plane Spin-Orbit Coupling and Spin Splitting Anisotropy at LaAlO3/SrTiO3 (110) Interface
控制自旋轨道耦合（SOC）对于诸如基于自旋轨道矩的存储器的器件是重要的，并且理解它对于回答三重态超导、拓扑绝缘体和Majorana费米子中的几个基本开放问题是必要的。在这里，我们报告了在电流密度为1.4 × 104 A/cm 2时，在LaAlO 3/SrTiO 3（110）界面处的面内自旋的25 meV的自旋分裂，这与半导体异质结构或LaAlO 3/SrTiO 3（100）界面中发现的自旋分裂相比是大的，此外，它是各向异性的。各向异性是由[001]和[1-10]方向上电子有效质量的差异引起的。我们的研究预测在107 A/cm 2的电流密度下，自旋分裂能量> 1000 meV，这与金属系统相比是巨大的，将是理想的自旋极化源。除了面内效应之外，当自旋位于面外时，由于界面平面中的对称性破缺，在LaAlO 3/SrTiO 3（110）界面处存在意外的栅极可调谐面外SOC。我们证明，这可以通过改变LaAlO 3的厚度来操纵，这表明该界面可以设计用于自旋轨道扭矩器件。
2016-05-26 cond-mat.mes-hall
Electronic g-factor and tunable spin-orbit coupling in a gate-defined InSbAs quantum dot
本研究在InSbAs量子点中提取了高达49-58的面内g因子，并展示了通过电子密度调控自旋轨道耦合，最大分离能约100 μeV，为拓扑超导和自旋器件研究提供平台。
2023-11-09 cond-mat.mes-hall
Tunable Quantum Hall Edge Conduction in Bilayer Graphene through Spin-Orbit Interaction
双层石墨烯，在由适当选择的衬底诱导的单侧自旋轨道相互作用（SOI）的存在下，被预测表现出非常规的量子霍尔态。新的状态出现，由于强烈的SOI诱导分裂的八个零朗道水平，这是强烈的层极化，完全或部分驻留在两个石墨烯层之一。特别地，meV尺度的Ising SOI足以在中等弱磁场$B \lesssim 10$ T下反转$n=0$和$n=1$轨道能级之间的朗道能级顺序。此外，当伊辛场与$B$场相反时，自旋极化能级的顺序也可以反转。我们表明，在这些条件下，三个不同的补偿电子-空穴阶段，具有相等的电子和空穴浓度，可以发生在$ν= 0$填充。三相具有不同的边缘电导率值。其中一个阶段特别有趣，因为它的边缘导电可以通过切换层间偏置的符号来打开和关闭。
2018-09-05 cond-mat.mes-hall
Tunable magnetoresistance in spin-orbit coupled graphene junctions
利用Landauer-Bütikker方法研究了Rashba自旋轨道相互作用（RSOI）对石墨烯磁输运的影响.我们发现，在所提出的结构中的角度分辨透射概率可以调整的RSOI强度。透射谱显示平行（P）磁化结构中的Klein隧穿可以被RSOI阻挡。对于不同入射角的反平行（AP）磁化结构，也可以观察到这种效应。数值结果表明，自旋极化电导强烈依赖于RSOI的强度，并可以通过调节磁交换场和RSOI的强度来产生。这种自旋极化电导是RSO区域厚度的敏感振荡函数。由于自旋翻转效应，在RSOI存在下，该结表现出大的负磁阻（MR）和自旋磁阻（SMR）的自旋阀效应。当RSOI开启时，散粒噪声的频率和幅度以及Fano因子的振荡也增加。这些结果为进一步拓展石墨烯基结在自旋电子学中的应用提供了一条途径。
2018-08-12 cond-mat.mes-hall
Charge-insensitive single-atom spin-orbit qubit in silicon
片上自旋量子比特阵列的高保真纠缠带来了许多挑战。自旋轨道耦合（SOC）可以通过电偶极-偶极相互作用、微波光子或声子实现长程纠缠来缓解其中一些挑战。然而，SOC使常规自旋量子位暴露于来自电噪声的退相干。在这里，我们提出了一种基于受体的硅自旋轨道量子比特，在一个甜蜜点提供远程纠缠，其中量子比特被保护免受电噪声的影响。量子位依赖于具有界面和栅极电势的四极SOC。根据表面码的要求，在预测的自旋寿命中，$10^5$电介导的单量子位和$10^4$偶极-偶极介导的双量子位门是可能的。此外，单自旋电路量子电动力学是可行的，包括色散读出，腔介导的纠缠，自旋光子纠缠。采用工业相关的硅基平台。
2017-01-05 cond-mat.mes-hall
Tunable spin-orbit coupling and symmetry-protected edge states in graphene/WS$_2$
我们证明了WS $_2$覆盖的单层和双层石墨烯器件中诱导的Rashba自旋轨道耦合（SOC）产生的明显的弱反定位（WAL）效应。与共享的单层石墨烯薄片的未覆盖区域相反，WS $_2$覆盖的石墨烯中的WAL在电子和空穴侧上的宽范围的载流子密度上发生。在高载流子密度下，我们估计Rashba SOC弛豫速率为$\sim 0.2 \rm{ps}^{-1}$，并表明它可以通过横向电场进行调谐。除了Rashba SOC，我们还预测存在一个'谷塞曼' SOC从第一性原理计算。这两个SOC之间的相互作用可以在石墨烯中打开一个非拓扑但有趣的间隙;特别是，锯齿形边界托管由时间反转和晶体对称性保护的四个子间隙边缘状态。石墨烯/WS $_2$系统为这些新的边缘态提供了一个可能的平台。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall
Gate-Defined Quantum Confinement in InSe-based van der Waals Heterostructures
硒化铟是一种后过渡金属硫属化合物，是一种新型二维（2D）半导体，具有有趣的电子性质。它的可调带隙和高电子迁移率已经吸引了相当大的研究兴趣。在这里，我们展示了强大的量子限制和操纵的单电子的设备，从几层晶体的InSe使用静电门控。我们报道了栅控量子点在库仑阻塞制度以及一维量子点接触，揭示了多个平台。这项工作代表了基于2D材料的优质器件开发的一个重要里程碑，并使InSe成为相关电子和光电应用的主要候选人。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall
Tunable spin states in two-dimensional magnet CrI3
最近发现的铁磁单层CrI 3为研究原子级薄磁体的基本性质创造了充足的机会。通过使用第一性原理计算和模型分析，我们表明，横向应变和/或电荷掺杂可以有意想不到的影响CrI 3的磁性能。特别是，应变调谐磁有序和各向异性：（1）压缩应变导致从铁磁绝缘体到反铁磁绝缘体的相变，而（2）拉伸应变可以将磁取向从面外翻转到面内。有趣的是，我们发现第一个过渡的相边界是不敏感的电荷掺杂，而第二个可以显着调制的电子掺杂。
2017-09-16 cond-mat.mes-hall
Tunable spin and orbital polarization in SrTiO3-based heterostructures
本文推导了$\mathrm{LaAlO_3/SrTiO_3}$（LAO/STO）异质结中Rashba自旋轨道耦合（RSOC）的有效哈密顿量。我们推导出性质的解析表达式，例如，Rashba参数，有效质量，带边能量和轨道占有率，作为材料和可调异质结构参数的函数。虽然线性RSOC在$Γ$点附近占主导地位，但立方RSOC在较高能量的反交叉区域变得显著。我们发现，线性RSOC源于结构反转不对称（SIA），而立方项是由SIA和体积不对称引起的。此外，SOC的强度显示出一个惊人的依赖于可调异质结构参数，如STO的厚度和界面电场，这归因于附近的LAO/STO界面的量子限制效应。线性和立方RSOC的计算值与以前的实验结果一致。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale growth of two-dimensional, phase-pure InSe
二维（2D）单硒化铟（InSe）作为具有来自III-V族半导体以及范德华2D过渡金属二硫属化物的有利属性的组合的III-VI族二维半导体（2D）已经引起了显著的关注。然而，由于In-Se二元体系的复杂性和促进横向生长的困难，大面积合成纯相2D InSe仍然没有实现。在这里，我们报告的第一个多晶型选择性合成的外延2D硒化铟的金属有机化学沉积（MOCVD）超过2英寸直径的蓝宝石晶片。我们通过动态脉冲控制Se/In流量比实现了厚度可控的InSe在c面蓝宝石上的逐层外延生长。逐层生长允许在晶片尺度上控制厚度，具有与块状晶体相当的可调光学性质。最后，栅极可调电输运表明，MOCVD生长的InSe可能是一种潜在的沟道材料，用于逻辑晶体管的后端集成，其场效应迁移率可与单晶片相媲美。
2023-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fully Tunable Strong Spin-Orbit Interactions in Light Hole Germanium Quantum Channels
本研究提出生长在弛豫GeSn上的类MOS外延锗结构，利用类轻空穴基态实现强且栅极可调的Rashba自旋-轨道相互作用，兼具通断开关特性与低g张量各向异性，为自旋量子比特和混合器件应用提供新平台。
2025-06-17 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torques and tunable Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Co/Cu/Co trilayers
基于第一性原理密度泛函理论计算，研究了Co/Cu/Co磁性三层薄膜中的自旋轨道矩（SOT），其中外加电场位于面内，即与接口平行。我们假设底部Co层具有固定的面内磁化，而顶部Co层可以被切换。我们发现，由于该系统中SOT的非局域性，顶部铁磁体上的SOT可以被底部铁磁体控制。因此，SOT是各向异性的，即，其大小随所施加的电场的方向而变化。我们表明，在顶层的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（π）也是各向异性的，即，顶层中的自旋螺旋的自旋螺旋波长取决于它们的面内传播方向。这种效应表明，在磁性三层中，通过底层的磁化方向可以很容易地调节磁电阻。为了了解底部铁磁体对SOT的影响和顶部铁磁体的磁化率，我们研究了Co/Cu磁性双层膜中的这些效应以进行比较。我们发现的SOTs和的cnc是令人惊讶的大，尽管小的自旋轨道相互作用的铜。
2018-05-14 cond-mat.mes-hall
Tunable Valley Splitting due to Topological Orbital Magnetic Moment in Bilayer Graphene Quantum Point Contacts
在多通道半导体中，谷自由度可以潜在地用于存储、操纵和读取量子信息，但其控制仍然具有挑战性。双层石墨烯中的谷可以通过由谷g因子耦合的垂直磁场来寻址。然而，对谷g因子的控制尚未得到证实。我们通过实验确定了在双层石墨烯中通过合适的栅极几何形状实现的量子点接触的能谱。使用有限偏置光谱，我们测量的横向限制以及塞曼分裂所产生的能量尺度，并找到一个自旋g因子为2。使用垂直电场，谷值g因子可以通过因子3调谐，达到40和120之间的值。通过考虑拓扑磁矩及其对约束和垂直位移场的依赖性的计算，定量地解释了这一结果。
2020-03-05 cond-mat.mes-hall
Tunable mechanical coupling between driven microelectromechanical resonators
我们提出了一种微机电系统，其中硅梁连接到梳状驱动致动器，用于调整硅梁中的张力，从而调整其谐振频率。通过测量系统的谐振频率，我们发现梳状驱动器和硅梁表现为两个强耦合谐振器。有趣的是，有效耦合率（~ 1.5 MHz）是可调的梳状驱动致动器（+10%）以及侧栅极（-10%）靠近硅梁放置。相反，系统的有效弹性常数对它们中的任何一个都不敏感，并且仅改变$\pm$ 0.5%。最后，我们表明，梳状驱动致动器可用于切换不同的耦合率与至少10 kHz的频率。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall
Relativistic artificial molecules with tunable coupling and orbitals
本研究利用扫描隧道显微镜构建可调距离的石墨烯量子点相对论人工分子，直接成像其轨道演化，揭示成键-反键能量差随逆距离线性增加及半能量间距等相对论效应。
2023-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lateral Interfaces of Transition Metal Dichalcogenides: A Stable Tunable One-Dimensional Physics Platform
我们研究在平面横向异质结构的相称过渡金属二硫族化物，如MoS $_{2}$ -WS $_{2}$和MoSe $_{2}$ -WSe $_{2}$，并发现界面和边缘状态，高度本地化的异质结构的这些区域。这些是一维（1D）的性质，躺在带隙的散装结构，并表现出复杂的轨道和自旋结构。我们描述这样的heteroribbons与三轨道紧束缚模型，使用第一性原理和实验参数作为输入，使我们能够模拟现实的系统。分析建模的1D界面带的结果在远程跳跃由于沿界面的杂交，具有较强的自旋轨道耦合。我们进一步探讨了位于界面处的磁性杂质之间的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida间接相互作用。不寻常的界面态的特点导致有效的长程交换杂质之间的非共线相互作用。这些结果表明，过渡金属二硫属化物界面可以作为稳定的，可调的一维平台，具有独特的性能，可能用于探索马约拉纳费米子，等离子体激发和自旋电子学应用。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Gate-Tunable Spin-Orbit Coupling in a Germanium Hole Double Quantum Dot
半导体量子点系统中的空穴自旋因其强的自旋轨道相互作用和相对较弱的超精细相互作用而受到广泛关注。在这里，我们通过实验证明了在锗（Ge）hut线（HW）中的双量子点中的可调谐SOI，这可以帮助实现快速的全电自旋操纵，同时抑制不必要的退相干。具体地说，我们测量了双量子点器件中泡利自旋阻塞区的输运谱，通过调节量子点间的隧道耦合，得到了电场调谐的自旋轨道长度lso = 2.0 - 48.9 nm。SOI的这种可调谐性可以为在Ge HW系统中实现高保真量子比特铺平道路。
2022-06-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast Hole Spin Qubit with Gate-Tunable Spin-Orbit Switch
量子计算中的一个关键挑战是实现快速和局部的量子比特控制，同时保持相干性。基于空穴自旋的量子比特通过其强自旋轨道相互作用提供了实现快速量子门的方法。引人注目的是，对于一维锗和硅器件中的空穴自旋，自旋-轨道相互作用已经被预测为非常强，但随着栅极电压的变化而高度可调。这种电气控制将使其能够根据需要在量子比特空闲和操纵模式之间切换。在这里，我们展示了锗/硅核/壳纳米线中空穴自旋量子比特的超快和通用量子控制，拉比频率为数百兆赫，对应于短至~1 ns的自旋翻转时间-单自旋量子比特的新记录。接下来，我们展示了对拉比频率、塞曼能量和相干时间的很大程度的电气控制-从而实现了从快速量子位操作模式到更相干的空闲模式的切换。我们确定了一个非常强大的，但门可调的自旋轨道相互作用的基本机制，与短的相关自旋轨道长度，可以在大范围内调整到3 nm的重空穴质量的空穴。我们的工作演示了自旋轨道量子比特开关，并建立了一个快速和高度可调的量子计算平台，在一维锗/硅纳米结构中定义的空穴自旋量子比特。
2021-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
The gate-tunable strong and fragile topology of multilayer-graphene on a transition metal dichalcogenide
我们分析了夹在相同的过渡金属二硫属化物之间的多层石墨烯的相图。最近在所有范德瓦尔异质结构中实现，这些三明治在石墨烯中诱导了相当大的（1-15 meV）自旋轨道耦合，提供了一种在原始和栅极可调平台中设计拓扑能带结构的方法。我们发现一个丰富的相图，取决于层的数量$N$和门可调垂直电场。对于$N > 1$和奇数，系统是一个强的二维拓扑绝缘体，其带隙等于邻近诱导的伊辛自旋轨道耦合的强度，在中等电场下，该耦合恢复到平凡相。对于$N$ -偶，低能量带表现出最近提出的“脆弱”晶体拓扑结构的形式，以及电场调谐不同的原子绝缘体之间的保护相变。因此，AB-堆叠的双层和ABC-堆叠的三层石墨烯被预测提供易碎和强拓扑的可控实验实现。
2019-01-09 cond-mat.mes-hall
Tunable spin-orbit splitting in bilayer graphene/WSe$_2$ quantum devices
本研究在双层石墨烯/WSe$_2$异质结构中实现高达1.5 meV的自旋轨道劈裂，并通过垂直电场原位调控，为动态自旋和谷操纵提供了新机制。
2025-09-09 cond-mat.mes-hall
Tunable resonators for quantum circuits
我们设计、制作并测量了高Q值$λ/2$共面波导微波谐振器，通过在谐振器中插入一个DC-SQUID阵列（包括1个或7个SQUID），使谐振频率随磁场变化。其可调谐范围为零场频率的30%。其品质因数高达3 $\times10^4$。我们提出了一个模型的基础上的热波动，占与磁场的品质因数的依赖性。
2007-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Spin-3/2 physics of semiconductor hole nanowires: Valence-band mixing and tunable interplay between bulk-material and orbital bound-state spin splittings
本文对空穴量子线的电子光谱和塞曼分裂进行了详细的理论研究。自旋3/2字符的最高体价带态的子带边g因子在不同的子带之间的强烈变化的结果。我们阐明了量子限制和重空穴光空穴混合之间的相互作用，并确定了一定的鲁棒性所显示的低洼孔线子带边缘相对于线势的形状或强度的变化。能够在例如，传输或光学实验使得能够研究具有非标准自旋极化的空穴状态，这在自旋1/2系统中不存在。改变矩形截面的孔线的纵横比，结果强烈影响子带边缘的g因子，提供了一个机会，在自旋电子学中的可能应用的通用的原位调谐的空穴自旋属性。立方晶体对称性的相对重要性进行了讨论，以及自旋分裂远离区中心的子带边缘。
2008-12-04 cond-mat.mes-hall
Electrically Tunable Superconductivity Through Surface Orbital Polarization
我们研究的物理机制，实现了传统的自旋单重态超导薄膜的电控制，通过专注于表面轨道极化的作用。假设金属态的多轨道描述，由于屏蔽效应，电场通过修改表面电势的强度而起作用，并且反过来产生非平凡的轨道-Rashba耦合。由此产生的轨道极化在表面和在其附近的超导性有显着的影响。我们证明，通过改变电场的强度，超导相可以被抑制，即变成正常的金属，或经历一个$0-π$过渡与$π$相标记的超导序参量的非平凡的符号变化之间的不同频带。这些发现为设计具有超导轨道效应的异质结构提供了丰富的思路。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
High-Chern-number bands and tunable Dirac cones in $β$-graphyne
石墨烯是一种新兴的碳同素异形体，由于其能带结构中狄拉克锥的可调谐性，最近引起了人们的极大兴趣。在这里，我们表明，在$β$ -graphyne的自旋轨道耦合可以产生各种影响，其电子能带的拓扑性质。内在的自旋-轨道耦合产生高和可调的陈数带，这可能会主机拓扑和陈绝缘体，在存在和不存在的时间反演对称性，分别。此外，Rashba自旋轨道耦合可以用来控制布里渊区中狄拉克锥的位置和数量。这些研究结果表明，自旋轨道相关的物理在$β$ -graphyne是非常丰富的，特别是，该系统可以提供一个平台，实现一个二维材料与可调的拓扑性质。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable bandgap and spin-orbit coupling by composition control of MoS$_{2}$ and MoO$_{x}$ (X=2 and 3) compounds
本文报道了在掺氟氧化锡（FTO）衬底上电沉积组分可控的MoS $_{2}$和MoO $_{x}$（x=2和3）化合物。据观察，相对含量具有系统的电气和光学变化的不同厚度的层范围从$\approx$ 20至540 nm。通过控制化合物的相对含量以及从p型到n型的急剧转变，光学和电学带隙揭示了可调谐的行为。此外，随着MoO $_{3}$含量的减少，Mo 3d二重态的自旋轨道相互作用增强。我们的研究结果为此类化合物在光电子和纳米电子器件中的应用提供了途径。
2016-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gate-tunable spin-charge conversion and a role of spin-orbit interaction in graphene
石墨烯中碳原子的小自旋-轨道相互作用保证了长的自旋扩散长度和创建自旋场效应晶体管的潜力。然而，由于这个原因，石墨烯作为一种可能的自旋电荷转换材料在很大程度上被忽视了。我们报告了单层石墨烯中自旋电荷转换电压信号的电栅极调谐。利用钇铁石榴石亚铁磁绝缘体和离子液体顶栅的自旋泵，我们确定了逆自旋霍尔效应是单层石墨烯中占主导地位的自旋-电荷转换机制。从电动势的栅极依赖性，我们显示了Rashba自旋轨道相互作用的内在优势：石墨烯研究中的一个长期问题。
2016-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hole spin in tunable Ge hut wire double quantum dot
锗中的空穴表现出很强的自旋轨道相互作用，这可以用于自旋态的快速和全电操纵。在此，我们报道了一个可调谐的Ge hut线孔双量子点中的输运实验。我们观察到泡利自旋封锁（PSB）的签名与一个大的单重态-三重态能量分裂为1.1 meV，并提取g因子。通过对PSB漏电流的分析，我们得到了自旋轨道长度l_50~40 - 100 nm。此外，我们证明了电偶极自旋共振。这些结果为实现高质量的可调谐空穴自旋轨道量子比特奠定了坚实的基础。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable interplay of orbital and spin magnetization in trigonal tellurium
Florida State University（佛罗里达州立大学）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；Purdue University（普渡大学）
本研究通过静电门控揭示三碲中轨道与自旋磁化的相互作用，利用磁输运测量和对称性分析，建立了理解轨道磁化的通用框架，为轨道电子学和自旋电子学的应用提供了新途径。
2026-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing spin-orbit torque by strong interfacial scattering from ultra-thin insertion layers
增加类阻尼自旋轨道力矩（SOT）对于实现自旋电子学现象的新研究具有根本的重要性，并且对于推进低功率自旋力矩存储器、逻辑和振荡器器件也具有技术紧迫性。在这里，我们表明，通过插入超薄层内的自旋霍尔金属与固有或侧跳机制，可以显着提高自旋霍尔比增强界面散射。通过亚单层Hf的插入，类阻尼SOT被增强了2倍，正如平面磁化磁存储器件的谐波响应测量和电流感应开关所证明的那样，其临界开关电流为~73 uA（开关电流密度为3.6x10^6 A/cm^2）。这项工作证明了一个非常有效的策略，最大限度地提高低功率自旋扭矩器件的阻尼SOT。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hole spin qubits in Si FinFETs with fully tunable spin-orbit coupling and sweet spots for charge noise
空穴自旋量子位中的强自旋轨道耦合使得能够实现快速和电可调的栅极，但同时增强了量子位对电荷噪声的敏感性。抑制这种噪声是半导体量子计算中的重大挑战。在这里，我们从理论上表明，孔硅FinFET不仅与现代CMOS技术非常兼容，而且它们呈现出完全消除电荷噪声的工作最佳点。这些甜蜜点的存在是材料的各向异性和FinFET横截面的三角形形状之间相互作用的结果，并且它不需要对器件的静电进行极端微调。我们提出了如何出现在沿不同晶轴生长的FinFET的甜蜜点，我们详细研究了这些设备的行为如何改变时，横截面积和纵横比是不同的。我们确定了最大限度地提高量子比特性能的设计，并为可扩展的基于自旋的量子计算机铺平了道路。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate-tunable Rashba spin-orbit coupling and spin polarization at diluted oxide interfaces
LaAl_（1-x）Mn_xO/SrTiO_3（LAMO/STO）的稀氧化物界面提供了一种将LAO和STO两个带绝缘体之间界面的基态从金属/超导调谐到高绝缘的新途径。增加Mn掺杂水平（x）导致载流子密度的精细控制以及电子迁移率和自旋极化的提高。在此，我们证明了一个可调的Rashba自旋轨道耦合（SOC）和自旋极化的LAMO/STO（0.2 ≤ x ≤ 0.3）通过应用背栅。SOC的存在导致能带被自旋分裂能分裂成两个分支。最大自旋分裂能取决于Mn掺杂，并随着Mn含量的增加而减小，然后在x = 0.3时消失。不同组分的自旋劈裂能随载流子密度的变化呈现出一个圆顶状的行为，在不同的归一化载流子密度下有一个极大值。这些发现尚未在LAO/STO界面中观察到。在x = 0.3的界面处观察到一个完全背栅可调的自旋极化2DEL，其中只有dxy轨道被填充（5.3E12 cm-2 <= ns <= 1.0E13 cm-2）。目前的研究结果揭示了SOC在STO基氧化物异质结构的未开发的领域，并使LAMO/STO在3D电子系统中的自旋相关现象的一个有趣的平台。
2019-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Inverse Spin Hall Effect from pulsed Spin Current in Organic Semiconductors with Tunable Spin-Orbit Coupling
有机半导体中由铁磁材料微波共振吸收引起的自旋电流的研究是自旋电子学研究的一个热点。由于OSEC固有的弱自旋-轨道耦合（SOC），其逆自旋霍尔效应（ISHE）响应是非常微妙的;受限于在连续波（cw）激发下适用的微波功率。在这里，我们介绍了一种新的方法，用于产生显着的ISHE信号，使用脉冲铁磁共振，其中ISHE是约2-3个数量级大的cw激励相比。这种强ISHE使我们能够研究各种OSEC，从具有强SOC的含有链内铂原子的π共轭聚合物，到弱SOC聚合物，到C60膜，其中SOC主要由分子表面曲率引起。脉冲ISHE技术为室温下自旋电流的有效注入和检测方案提供了一条可靠的途径，并为塑料材料中的自旋轨道电子学铺平了道路。
2015-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Anomalous Andreev Reflection and Triplet Pairings in Spin Orbit Coupled Graphene
我们从理论上研究了铁磁-RSO-超导体石墨烯结中的散射过程和超导三重态关联，其中RSO代表Rashba自旋轨道相互作用区域.我们的研究结果揭示了自旋极化的亚能隙运输通过系统由于一个异常的等自旋Andreev反射除了传统的背散射。我们计算等和相反的自旋对F-RSO接口附近的相关性，并证明直接链接的异常Andreev反射和等自旋配对出现由于邻近效应中存在的RSO相互作用。此外，我们表明，异常Andreev反射的幅度，从而三重态配对，是实验可控的，当纳入两个可调应变和费米能级在非超导区域的影响。我们的研究结果可以通过电导光谱实验来证实，并为最近实验中报道的石墨烯层中邻近诱导的RSO耦合提供了更好的见解。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Tunable coupling scheme for flux qubits at the optimal point
我们讨论了一个实际的设计，通过第三个高频量子比特的量子电感可调谐地耦合一对磁通量子比特。该设计特别适合于实现最近提出的微波诱导参数耦合方案。这是有吸引力的，因为量子位可以始终保持在其最佳点。此外，我们将表明，由此产生的耦合也有一个最佳点，它是不敏感的低频磁通噪声。这是耦合量子比特相干性的重要特征。所提出的方案是一种实验上可行的实现双量子比特门的方法，并且应该很容易扩展到多量子比特系统。
2006-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Gate-tunable Strong Spin-orbit Interaction in Two-dimensional Tellurium Probed by Weak-antilocalization
碲（Te）由于其独特的晶体结构，自20世纪70年代以来引起了人们极大的研究兴趣。然而，由于Te晶体的本征p型性质，很少对Te的导带进行实验研究。通过原子层淀积电介质掺杂技术，我们能够以可控的方式获得Te的导带输运性质。本文系统地研究了n型二维Te薄膜中的弱反局域化效应。我们发现WAL与Iordanskii，Lyanda-Geller，and Pikus（ILP）理论一致。WAL结果表明，自旋弛豫以Dyakonov-Perel（DP）机制为主，相位弛豫主要由电子-电子（e-e）相互作用控制。在T= 1 K时获得了近600 nm的大的相位相干长度，以及栅极可调谐的自旋轨道相互作用（SOI）。从弱局域化（WL）到弱反局域化（WAL）依赖于栅极偏压的过渡也被观察到。这些结果表明，新开发的基于溶液的合成的Te薄膜提供了一种新的可控强SOI 2D半导体与自旋电子学应用的高潜力。
2019-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong and Tunable Spin Lifetime Anisotropy in Dual-Gated Bilayer Graphene
我们报告发现了一个强大的和可调的自旋寿命各向异性具有良好的自旋寿命高达7.8 ns的双栅双层石墨烯。值得注意的是，这实现了通过电控自旋轨道场来操纵石墨烯中的自旋，这是由于石墨烯的弱固有自旋轨道耦合而意想不到的。我们利用面内磁场Hanle进动和倾斜Hanle进动测量直接比较面外与面内自旋的寿命。我们发现，在电荷中性点附近，垂直电场的应用打开了带隙，并产生了一个面外自旋轨道场，该场使面外自旋稳定，从而导致大的自旋寿命各向异性。这种有趣的行为发生是因为双层石墨烯独特的自旋谷耦合能带结构。我们的研究结果表明，高度可调的自旋电子器件的基础上的双栅二维材料的潜力。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable planar Josephson junctions driven by time-dependent spin-orbit coupling
将常规超导体与普通III-V族半导体集成提供了实现可调谐约瑟夫森结（JJ）及其应用的通用平台。我们建议，与栅极控制的时间相关的自旋轨道耦合，它是可能的强烈修改的电流相位关系和约瑟夫森能量，并提供一种机制来驱动的JJ动态，即使在没有任何偏置电流。我们表明，稳定的相位之间的过渡实现了一个简单的线性变化的自旋轨道耦合的强度，而过渡率可以超过栅极诱导的电场GHz的变化的一个数量级。恒定的有效磁场和不断变化的自旋轨道耦合之间的相互作用对超导自旋电子学，控制马约拉纳束缚态和新兴量子比特有直接的影响。我们认为，拓扑超导性，寻求容错量子计算，提供了更简单的应用在超导电子学和自旋电子学。
2022-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electric-field-tunable valley Zeeman effect in bilayer graphene heterostructures: Realization of the spin-orbit valve effect
根据Gmitra和Fabian的理论预测，我们报告了在双层石墨烯（BLG）和单层WSe 2的原子尖锐异质结构中发现从拓扑平凡到拓扑非平凡的能带结构的电场诱导的转变[Phys.Rev.Lett. 119，146401（2017）]。通过对BLG电导的量子修正的详细研究，我们确定了BLG能带结构的演化是由邻近诱导的强自旋轨道相互作用（SOI）和层极化率之间的相互作用引起的。BLG中的低能量载流子经历有效的谷塞曼SOI，其在一定程度上是完全栅极可调的，其可以通过施加横向位移场来接通或关断，或者可以在价带和导带之间可控地转移。我们证明，这将导致在一个恒定的电子密度从弱本地化弱反本地化的净位移场是从一个积极的调整到一个负面的价值与随之而来的SOI诱导分裂的低能带的BLG附近的K（K '）谷，这是一个独特的签名的理论预测的自旋轨道阀效应。我们的分析表明，量子修正的强诱导SOI狄拉克材料中的德鲁德电导只能令人满意地解释的理论，占SOI诱导的BLG低能带的自旋分裂。我们的研究结果表明，在双栅二维材料的谷塞曼效应的基础上实现高度可调的设备的潜力。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate-tunable Josephson diode effect in Rashba spin-orbit coupled quantum dot junctions
本文理论研究了磁场与Rashba自旋轨道耦合作用下超导量子点结中的约瑟夫森二极管效应，发现栅极电压可将整流系数调至70%，为超导器件设计提供新思路。
2024-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
