Combining multiplexed gate-based readout and isolated CMOS quantum dot arrays
本文提出结合隔离阵列与多路复用门基反射测量，在代工CMOS量子点阵列中实现每个点的单自旋占据，为可扩展自旋量子计算提供可行方案。
2024-10-03 cond-mat.mes-hall
Tuning mechanical modes and influence of charge screening in nanowire resonators
我们探测InAs纳米线（直径~ 100 nm）谐振器的机电性能，其中悬浮纳米线（NW）也是场效应晶体管（FET）的有源沟道。我们观察和解释的非单调色散的谐振频率与直流栅极电压（VgDC）。电子屏蔽对谐振器特性的影响可以在振幅中看到。我们观察到机械模式与VgDC的混合。我们还实验探测和定量解释的滞后非线性特性，作为VgDC的函数，使用Duffing方程的谐振器。
2010-01-18 cond-mat.mes-hall
Energy-filtered readout preserves gap-enhanced sensing in interacting quantum dots
Kurdistan Institution for Strategic Studies and Scientific Research（库尔德斯坦战略研究与科学研究所）
本文研究相互作用量子点在连续读出下间隙增强传感的保留，提出能量过滤读出方法，通过窄能级探测器在低偏压下避免激发，保持平方反比间隙依赖，信息速率约为单电子三倍。
2026-11-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multiplexed readout of Superconductor--Normal-Conductor--Superconductor bolometers
本文在单芯片上设计并实现了三个频率多路复用的SNS测辐射热计，探针频率与加热器频率充分失谐，展示了低串扰的单个及多个器件按需触发，为大规模超导量子计算机的多量子比特量热读出和资源缩减提供了实验基础。
2025-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Charge and Spin Readout Scheme For Single Self-Assembled Quantum Dots
我们提出了一种单自组装量子点的全光自旋初始化和读出的概念，并证明了它的可行性。我们的方法是基于可选通单点光电二极管结构，可以在充电和读出模式之间切换。在光学电子产生和存储之后，我们建议采用调谐到单个带负电荷的激子跃迁的圆偏振光脉冲的自旋条件吸收来将驻留电子的自旋信息转换为电荷占据。然后将器件切换到电荷读出模式允许我们使用非共振发光来探测量子点（1e，2e）的电荷状态。驻留电子的自旋取向然后通过量子点中的双电荷和单电荷跃迁的光致发光产率来反映。为了验证这种自旋读出概念的可行性，我们应用时间门控光致发光来确认可以在同一点上进行选择性光学充电和电荷状态的高效非微扰测量。结果表明，通过切换量子点附近的电场，充电速率可以在有效电子产生的状态和读出状态之间切换，其中电荷占据以及因此点的自旋状态可以在毫秒时间尺度上经由PL测试，而不改变它。
2008-04-02 cond-mat.mes-hall
Statistics of nondemolition weak measurement
测量包括将系统耦合到探头并读取探头的输出以收集关于系统的信息。耦合越弱，对系统的反作用越小，但传递的信息也越少。如果系统进行第二次测量，则第一次输出的统计可以以第二次输出的值为条件。这个过程被称为后选择。当一个观测量的后选弱测量与系统的初始状态近似正交时，它可以给出一个大的探测器平均输出。这个大值是探针读出中的干涉效应，其最初处于读出状态（也称为指针状态）的相干叠加中。通常，系统与探针之间的弱相互作用被认为是瞬时的，因此探针的动力学可以被忽略。然而，对于固态设备中的弱测量，可能需要有限持续时间的相互作用。在这里，我们展示了如何这个有限的持续时间产生的动态相位的读出统计的贡献。此外，我们推导出插值公式，能够描述的统计弱测量的整个范围内的前和postselected状态。相空间平均值出现在膨胀中，表明非正概率的解释。退相干在探头也占，它指出存在的中间耦合强度的制度，其中相干振荡可以观察到的概率读出。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Hybrid Quantum Interferometer in Bifurcation Mode as a Latching Quantum Readout
我们已经开发出一种新型的磁强计组成的混合量子干涉器件（HyQUID），是设置在一个双稳态。我们展示了它的操作在一个锁存模式，可以用来测量所施加的通量的微小变化。该装置可用于使用直接的电阻测量来探测超导电路的通量状态，使其适合作为具有低反作用的简单量子位读出。
2020-07-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Ultrasensitive nano-optomechanical force sensor at dilution temperatures
冷却纳米机械力探针是一种通用策略，可以通过同时降低其热噪声和机械阻尼率来提高其灵敏度。然而，热传导机制在低温下变得效率较低，这使得难以确保和验证其适当的热化。操作与最小的扰动测量，我们实施光学机械读出技术在光子计数制度探测悬浮碳化硅纳米线在稀释冰箱中的动态。在每个振荡周期收集不到一个光子的情况下，用亚皮瓦光功率实现它们的振动的读出。我们证明了他们的热化到$32\pm2$ mK和报告的扫描探针力传感器的记录灵敏度，在$40\,\rm zN/Hz^{1/2}$水平，在fN/m范围内的横向力场梯度的灵敏度。这项工作开辟了道路，在稀释温度下，在最小的激发水平的微弱力量的纳米机械矢量成像。
2020-09-07 cond-mat.mes-hall
Readout of multi-level quantum geometry from electronic transport
本文提出利用弱与共振参数调制，从隧道电导变化中直接探测电子输运系统的局域量子几何张量，解决了输运体系中 QGT 难以测量的问题。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall
Radio-frequency charge detection on graphene electron-hole double quantum dots
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；JARA-FIT（JARA-信息技术联合研究中心）；Peter Grünberg Institute (PGI-9)（彼得·格林贝格研究所（PGI-9））；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Institute for Theoretical Physics, TU Wien（维也纳技术大学理论物理研究所）；Humboldt Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；CST – Compound Semiconductor Technology, RWTH Aachen University（亚琛工业大学化合物半导体技术部门）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）
本研究在双层石墨烯中实现了高带宽射频电荷检测，用于单粒子电子-空穴双量子点的高保真度自旋和谷度状态读出。
2025-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast probe of local electronic states in nanostructures utilizing a single-lead quantum dot
输运测量是探测固态材料电子性质的有力工具。为了获得纳米结构中的局域电子态的性质，例如局域态密度、电子分布等，已经发明了利用人造纳米结构的微探针来执行除了具有常规宏观电子库的测量之外的测量。在这里，我们展示了一种新型的微探针：快速单引线量子点探针，它利用仅通过隧道势垒耦合到目标结构的量子点和通过RF反射计的快速电荷读出。该探测器可以直接探测局域电子态，具有很宽的带宽。探针还可以访问更多的电子状态，而不仅仅是费米能级附近的电子状态，并且操作对偏置电压和温度都很稳健。
2016-10-07 cond-mat.mes-hall
Noise properties and ac conductance of mesoscopic diffusive conductors with screening
本文提出了屏蔽扩散介观导体中的非平衡噪声和高频电导理论。详细的结果得到两个简单的几何形状，为大和短的电子-电子散射长度$l_{ee}$，在频率的顺序的倒数无时间$1/τ_T$。电导和噪声被发现表现出显着的频率依赖性。对于$L \ll l_{ee}$，高频（$ωτ_T \gg 1$）散粒噪声谱密度$S_I(ω)$接近$2eI/3$和$2eI$之间的有限值，这取决于系统的屏蔽特性，其中对$S_I(ω)$的温度校正在$T$中是线性的。然而，当$L \gg l_{ee}$时，$S_I(ω)$作为$ω^{1/4}$（在T=0时）增长，不受$2eI$的上限限制，并且在$T$中具有二次的温度依赖分量。因此，$S_I(ω, T)$的测量可用作电子-电子散射强度的探针。
1998-01-19 cond-mat.mes-hall
Quantum Time-evolution in Qubit Readout Process with a Josephson Bifurcation Amplifier
对超导量子比特的约瑟夫森分叉放大器读出过程进行了量子力学分析。这是通过在测量过程中采用驱动非线性振荡器和量子比特耦合系统的密度算符的动力学的数值分析来实现的。在纯量子情况下，JBA的波函数被困在准能态，不可能发生分叉。引入退相干，使我们能够重现的分歧与有限的滞后。此外，我们详细讨论了量子比特最初处于叠加态时所涉及的动力学。我们观察到了量子位探测（JBA）纠缠态，并且在JBA跃迁开始的时刻，它被分成两个可分离的态。这相当于“投射”。然而，要读出测量结果，我们必须等到两个JBA状态在宏观上很好地分离。等待时间由JBA中的退相干强度决定。
2008-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
External screening and lifetime of exciton population in single-layer ReSe$_2$ probed by time- and angle-resolved photoemission spectroscopy
本研究利用时间与角分辨光电子能谱，揭示了单层ReSe$_2$中激子的双指数衰减动力学，并发现双层石墨烯衬底屏蔽导致激子显著离域化。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Kondo screening cloud: what it is and how to observe it
近藤效应涉及由磁性杂质和传导电子形成自旋单态。它的特点是低温标度，近藤温度，$T_K$，和相关的长标度，$ξ_K = \hbar v_F/(k_BT_K)$，其中$v_F$是费米速度。这个近藤长度通常在理论上估计在0.1到1微米的范围内，但是这样长的特征长度尺度从未在实验上观察到。在这篇评论中，我将研究如何出现$ξ_K$作为一个交叉尺度时，一个探针无论是依赖于物理量的距离，从杂质或杂质是嵌入在一个有限大小的结构，并讨论可能的实验，可能最终观察到这个难以捉摸的长度尺度。
2010-01-08 cond-mat.mes-hall
Screening model for nanowire surface-charge sensors in liquid
纳米线场效应晶体管的电导变化被认为是表面电荷的高灵敏探针。然而，由于离子液体和纳米线载流子的竞争性屏蔽，相关生理液体环境的德拜屏蔽对装置性能提出了挑战。我们讨论了这种效应内的N-Fermi和Debye-Huckel理论和圆柱形的电线，可用于估计纳米线表面电荷传感器的灵敏度推导出的分析结果。我们研究了纳米线的半径之间的相互作用，的E-Fermi和德拜屏蔽长度，和功能化分子的长度。将分析结果与现实几何形状的有限元计算进行比较。
2007-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Optical initialization, readout and dynamics of a Mn spin in a quantum dot
我们研究了通过光抽运嵌入CdTe/ZnTe量子点中的单个Mn原子的自旋制备效率。在单个量子点中的共振光泵浦过程期间监测荧光强度的时间依赖性允许直接探测Mn自旋初始化的动态。该技术提供了在同一步骤中包括Mn自旋的制备和读出的便利。我们的测量表明，当激光共振驱动饱和的一个量子点跃迁时，在零磁场下，锰自旋初始化的效率可以达到75%，并且发生在数十个\emph{ns}范围内。我们观察到光抽运效率随点的不同而变化，并且在Voigt或Faraday结构中受到几十mT的磁场的影响。这归因于Mn位置处的局部应变分布，其主要决定了Mn自旋在弱磁场下的动力学。量子点的自旋翻转散射光子的光谱分布呈现出弱的光泵浦效率，揭示了Mn自旋交换场中激子分裂的显著自旋弛豫。
2010-03-09 cond-mat.mes-hall
Electron cascade for spin readout
限制在半导体量子点阵列中的电子同时具有电荷和自旋自由度。自旋提供了一个良好的可控和长寿的量子位实现。点阵列中的电荷配置受到库仑排斥的影响，并且相同的相互作用使得电荷传感器能够探测这种配置。在这里，我们表明，库仑排斥允许初始电荷跃迁，以诱导随后的电荷跃迁，诱导级联的电子跳跃，像推倒多米诺骨牌。级联可以沿着量子点阵列在一段距离上传输信息，该距离远超过直接库仑排斥的效果。我们证明，级联的电子可以结合泡利自旋封锁读出自旋使用远程电荷传感器。我们在1.7 $\mathrmμ$ s内实现了> 99.9%的自旋读出保真度。基于级联的读出使得能够操作密集堆积的二维量子点阵列，其中电荷传感器放置在外围。这种阵列的高连通性极大地提高了量子点系统用于量子计算和模拟的能力。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Repetitive single electron spin readout in silicon
限制在硅量子点中的单电子自旋作为量子计算架构具有很大的前景，具有长相干时间，高保真量子逻辑门，基本量子算法和器件可扩展性的演示。虽然单次自旋检测现在是实验室常规，但在大规模量子计算设备中对量子纠错的需求需要量子非破坏（QND）实现。与传统的对应物不同，QND自旋读出对探测的自旋极化施加最小的干扰，因此可以重复以消除测量误差。然而，硅中的电子自旋仍然难以捉摸，因为它涉及将系统精确暴露于外部电路以进行读出，同时保持量子位的相干性和完整性。在这里，我们表明，硅中的电子自旋量子比特可以测量在一个高度非破坏的方式通过探测另一个电子自旋在一个相邻的点伊辛耦合到量子比特自旋。高非破坏保真度（平均99%），使超过20个读出重复的一个单一的自旋状态，产生的整体平均测量保真度高达95%，在1.2 ms内。我们进一步证明，我们的重复QND读出协议可以实现预示着高保真度（> 99.6%）的基态准备。我们基于QND的测量和制备，由第二个相同类型的量子位介导，将允许一类新的量子信息协议与硅中的电子自旋，而不影响结构的均匀性。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electrodynamic readout of a solid-state spin sensor
稳健、高保真的读出是量子器件性能的核心。对于基于固态自旋缺陷的器件来说，克服不良读出是一个日益紧迫的挑战，特别是考虑到它们在量子传感、量子信息和基础物理测试中的快速采用。固体中的自旋缺陷结合了原子和低温系统的可重复性和精度，以及在紧凑性和操作条件范围方面的实质性优势。然而，尽管在特定系统的实验进展，固态自旋传感器仍然缺乏一个通用的，高保真度的读出技术。在这里，我们展示了高保真度，室温读出的氮空位（NV）中心的合奏通过强耦合到介电微波腔，建立在类似的技术通常应用于低温电路腔量子电动力学。这种强烈的集体相互作用允许自旋系综的微波跃迁被直接探测，从而克服了传统荧光读出的光子散粒噪声限制。应用这种技术的磁力，我们表明磁灵敏度接近约翰逊-奈奎斯特噪声限制的系统。这种读出技术是可行的许多顺磁自旋系统，表现出在微波域的共振。我们的研究结果为通过增大系综尺寸、减小自旋共振线宽或提高腔体品质因数来实现固态自旋传感器的统一读出保真度铺平了道路。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.atom-ph
Integrated multiplexed microwave readout of silicon quantum dots in a cryogenic CMOS chip
固态量子计算机需要经典电子学来控制和读出单个量子比特，并实现快速经典数据处理[1-3]。在固态量子处理器运行最佳的深低温下集成两个子系统[4]，可以解决一些主要的扩展挑战，例如系统大小和输入/输出（I/O）数据管理[5]。硅量子点（QD）中的自旋量子位可以使用超大规模集成（VLSI）与互补金属氧化物半导体（CMOS）电子器件单片集成，从而利用半导体行业的广泛制造经验[6]。然而，在mK温度下使用工业CMOS进行集成的实验演示仍处于起步阶段。在这里，我们提出了一个使用工业CMOS技术制造的低温集成电路（IC），它包含硅基量子处理器的三个关键成分：QD阵列（在这里以非交互式3x 3配置排列），数字电子器件，以最大限度地减少使用行列寻址的控制线和用于多路复用读出的模拟LC谐振器，所有这些都在50 mK下工作。与微波谐振器（6-8 GHz范围），我们显示分散读出的量子点的电荷状态，并执行组合的时域和频域复用，实现可扩展的读出，同时减少整体芯片的足迹。这种模块化架构探讨了使用工业CMOS技术实现集成量子和经典电子学的大规模硅量子计算机的限制。
2021-01-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Theoretical determination of the effect of a screening gate on plasmon-induced superconductivity in twisted bilayer graphene
本文通过理论计算表明，屏蔽层仅在距离超导体小于3纳米时才影响扭转双层石墨烯的临界温度，从而支持等离子体介导的超导机制，并探讨了隧穿谱特征。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Quantum-Dot Assisted Spectroscopy of Degeneracy-Lifted Landau Levels in Graphene
强相互作用相的能量光谱需要探针，最大限度地减少筛选，同时保持光谱分辨率和局部灵敏度。在这里，我们证明，这样的探针可以实现使用原子大小的量子点绑定到缺陷的六边形氮化硼隧道势垒，放置在纳米距离石墨烯。点能量电容调谐的平面石墨电极，点辅助隧穿变得高度敏感的石墨烯激发光谱。该光谱跟踪在基态和未被占据的激发态处随着磁场简并提升的开始，揭示了随着磁场急剧发展的非线性断裂能隙-对应于高达160的Landé $g$因子。测量到$B = 33$ T，光谱表现出自旋极化激发态之间的初级能量分裂，和次级自旋相关的谷分裂。我们的研究结果表明，缺陷点探测的光谱，同时尽量减少局部屏蔽，从而异常敏感的相互作用状态。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Screening nuclear field fluctuations in quantum dots for indistinguishable photon generation
半导体量子点可以产生高度相干且不可分辨的单光子。然而，本征半导体退相机制可以降低双光子干涉的可见性。对于量子点中的电子，一个基本的退相过程是与核自旋浴的超精细相互作用。在这里，我们直接探讨的结果波动的核自旋的弹性和非弹性散射光子谱从一个单一的点居民电子。我们发现，核自旋涨落导致失谐拉曼散射光子，这是区别于弹性和非相干成分的共振荧光。这大大降低了双光子干涉的可见性。然而，我们证明了核自旋噪声的成功筛选，使相干单光子，表现出高可见度的双光子干涉的产生。
2016-01-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Surface Screening Mechanisms in Ferroelectric Thin Films and its Effect on Polarization Dynamics and Domain Structures
70多年来，铁电材料一直是凝聚态物理和材料科学的核心研究课题之一，其基础研究和应用研究共同推动着铁电材料的发展。然而，铁电表面，铁电薄膜和纳米结构的关键组成部分，仍然提出了一个重大的理论，甚至概念上的挑战。实际上，铁电相本身的稳定性需要极化电荷的屏蔽。在表面，这可能导致材料的铁电和半导体性质之间的耦合，或者与表面（电）化学的耦合，远远超出了适用于铁电界面的经典模型。本文综述了近年来铁电体表面屏蔽现象的研究进展。我们提供了一个简要的概述，铁电表面的物理学的历史认识，现有的理论模型，既引入屏蔽机制，并探讨屏蔽和相关方面的铁电功能从相稳定性本身的关系。鉴于大多数铁电体存在于多畴状态，我们专注于使用扫描探针显微镜技术的屏蔽现象的本地研究。我们讨论了铁电表面的静态和动态现象，以及横向运输，光，化学和压力刺激下观察到的现象的最新研究。我们还注意到，离子屏蔽的需要，使极化切换耦合的物理-电化学过程，并讨论了非平凡的现象，如混乱的行为在域切换，源于此。
2016-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rapid, Quantitative Therapeutic Screening for Alzheimer's Enzymes Enabled by Optimal Signal Transduction with Transistors
我们发现，与集成离子敏感场效应晶体管（ISFET）通常采用的开环操作相比，在闭环控制下操作的简单商业化n沟道硅场效应晶体管（nFET）在10 Hz带宽下的pH读出分辨率提高了约3倍，达到（7.2+/-0.3 x10 ^-3）。我们利用改进的nFET性能来测量由病理形式的激酶Cdk 5（一种与阿尔茨海默病有关的酶）的活性引起的溶液pH值的变化，并与以前的测量结果定量一致。实现了改进的pH分辨率，同时该装置在远程感测配置中操作，其中pH感测元件在芯片外并电连接到FET栅极端子。我们将这些结果与使用定制的双栅2D场效应晶体管（dg 2DFET）测量的结果进行了比较，该晶体管采用2D半导体MoS 2沟道和中等器件增益（α =8）制造。在相同的溶液条件下，nFET的pH分辨率仅比dg 2DFET的pH分辨率（3.9+/-0.7 x10 ^-3）差2倍。最后，使用nFET，我们证明了定制多肽p5作为治疗剂在恢复Cdk 5功能中的有效性。我们预计，对商业来源的nFET的直接修改将降低广泛采用这些远程栅极器件的障碍，并实现灵敏的生物分析测量，用于药物发现和精准医学应用中的高通量筛选。
2019-10-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph q-bio.QM
Dielectric Screening by 2D Substrates
二维（2D）材料越来越多地用作纳米级器件中的有源组件。二维材料的许多有趣的性质源于二维中的简化和高度非局域的电子屏蔽。虽然2D材料中的电子屏蔽已经被广泛研究，但问题仍然是2D基底如何屏蔽邻近它们的电荷扰动或电子激发。厚度依赖的介电屏蔽性能最近已经使用静电力显微镜（EFM）实验进行了研究。然而，有人认为，一些厚度依赖性趋势是由于外部效应。类似地，开尔文探针测量（KPM）表明，当BN板被放置在SiO $_2$上时，电荷波动减少，但尚不清楚这种效应是否是由于来自BN的固有屏蔽。在这项工作中，我们使用第一性原理计算来研究二维材料衬底的完全非局域介电屏蔽特性。对于六方氮化硼（BN）、石墨烯和MoS $_2$，我们的模拟结果与EFM实验结果定性一致，表明实验观察到的厚度相关屏蔽效应是二维材料所固有的。我们进一步明确调查的作用，BN在降低电荷的潜在波动所产生的电荷杂质的基础上的SiO $_2$基板上，观察到的KPM实验。2D材料基底也可以显著改变吸附物的HOMO-LUMO间隙，特别是对于小分子，如苯。我们提出了一个可靠的和非常快速的方法来预测的HOMO-LUMO间隙的小分子物理吸附在2D和3D基板上，仅使用基板的带隙和气相间隙的分子。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning electron correlation in magic-angle twisted bilayer graphene using Coulomb screening
控制相互作用强度的能力对于研究从相关费米子系统中出现的量子现象至关重要。例如，同位素效应说明了电子-声子耦合对超导电性的影响，为BCS理论提供了重要的实验支持。在这项工作中，我们报告了一种新的器件几何形状，其中魔角扭曲双层石墨烯（tBLG）被放置在靠近Bernal双层石墨烯（BLG）由3 nm厚的屏障隔开。使用来自Bernal双层的电荷屏蔽，可以连续地调谐扭转双层内的电子-电子库仑相互作用的强度。输运测量表明，调谐库仑屏蔽对绝缘态和超导态有相反的影响：由于库仑相互作用被屏蔽削弱，绝缘态变得不那么健壮，而超导性的稳定性增强。我们的结果表明，能够直接探测库仑相互作用在魔角扭曲双层石墨烯中的作用。最重要的是，库仑屏蔽效应指向电子-声子耦合作为魔角扭曲双层石墨烯中库珀对形成的主导机制，因此具有超导性。
2020-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Solitons and real-space screening of bulk topology of quantum materials
本文开发自动化涡旋插入工作流程，在实验已实现的二维绝缘体数据库中识别出多种具有大带隙的新型二维拓扑绝缘体，包括过渡金属二硫族化物家族，为超导和莫尔系统研究提供了新材料。
2023-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
