Characterization and Predictive Modeling of Epitaxial Silicon-Germanium Thermistor Layers
通过实验和模拟分析了外延硅锗（SiGe）层的电阻热系数（TCR）。使用漂移扩散形式主义和自洽量子力学解的预测模拟得到了类似的结果，在300 K时TCR约为2%/K。这种建模方法可以用于不同的、渐变的和恒定的SiGe轮廓。它还能预测本底自掺杂对探测器TCR的影响
2011-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Investigating microwave loss of SiGe using superconducting transmon qubits
硅锗（SiGe）是一种具有从晶体管到电光调制器和量子点的多种应用的材料。SiGe的不同性质也使其对涉及超导量子计算的实现具有吸引力。在这里，我们演示了在SiGe层上制作transmon量子比特，并研究了SiGe在低温和单光子微波功率下的微波损耗特性。我们发现弛豫时间高达100 $μ$ s，对应的品质因数Q大于4 M的大垫transmons。获得的高Q值表明SiGe/Si异质结构与超导量子线路的现有技术性能兼容。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analytical Drain Current Model of Nanoscale Strained-Si/SiGe MOSFETs for Analog Circuit Simulation
对于纳米级CMOS应用，应变硅器件由于其实现更高性能和与传统硅工艺兼容的潜力而受到相当大的关注。在这项工作中，纳米体应变硅/硅锗MOSFET的输出电流特性（I-V）的分析模型，适用于模拟电路仿真，开发。我们证明了显着的电流增强由于应变，即使在短沟道器件，归因于速度过冲效应。使用我们的分析模型得到的结果的准确性进行了验证，使用二维器件模拟。
2010-08-18 cond-mat.mes-hall
Single-Electron Transistor in Strained Si/SiGe Heterostructures
使用分裂栅极技术在调制掺杂硅/硅锗异质结构的二维电子气中形成横向量子点。采用电子束光刻来产生分裂栅极。通过向这些栅极施加负电压，下面的电子气被耗尽并且形成横向量子点，其尺寸可以通过栅极电压来调节。我们观察到单电子操作与库仑阻塞行为低于1 K。栅极漏电流得到很好的控制，表明这种类型的应用肖特基栅极最近遇到的问题是不是调制掺杂的Si/SiGe异质结构的固有限制，如已推测。
2005-08-10 cond-mat.mes-hall
Valley splitting depending on the size and location of a silicon quantum dot
本文利用有效质量方法研究 SiGe/Si/SiGe 异质结构中硅量子点尺寸和位置对谷劈裂的影响，发现量子点尺寸可增强谷劈裂、诱导无序主导到确定性增强的转变，并降低谷劈裂变异性，对电荷/自旋穿梭具有意义。
2023-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Benchmarking Gate Fidelities in a Si/SiGe Two-Qubit Device
我们报告了硅基自旋量子位中单量子位和双量子位门的首次完整表征，包括两个量子位之间的串扰和错误相关性。为此，我们使用标准随机基准测试和最近引入的称为字符随机基准测试的方法的组合，该方法允许更可靠地估计该系统中的双量子比特保真度。有趣的是，通过字符随机化基准测试，可以通过研究仅在单量子位门的参考序列中交错CPhase门引起的额外衰减来获得双量子位CPhase门保真度。这项工作为硅自旋量子比特中所有相关门的性能进一步提高奠定了基础，这些性能超过了容错量子计算的错误阈值。
2018-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fabrication and Characterization of Electrostatic Quantum Dots in a Si/SiGe 2D Electron Gas, Including an Integrated Read-out Channel
采用一种新的制备技术在硅/硅锗二维电子气中制备具有读出通道的量子点。该技术利用肖特基栅极，放置在浅蚀刻量子点的侧面，以控制电子传输过程。相邻的量子点接触栅极被集成到侧栅极以限定读出通道，从而允许对量子点的电子占据的非侵入性检测。在低温下观察到可再现和稳定的库仑振荡以及读出通道电阻的相应跳跃。与读出通道相结合的制造点代表了Si/SiGe异质结构中基于自旋的量子比特的一个步骤。
2005-04-04 cond-mat.mes-hall
Material configurations for n-type silicon-based terahertz quantum cascade lasers
硅基量子级联激光器（QCL）提供了将相干太赫兹辐射源与硅微电子集成的前景。理论研究已经提出了各种n型SiGe基异质结构作为设计候选者，但最佳材料配置仍然不清楚。在这项工作中，优化算法被用来设计等效的THz QCL在三个最近提出的配置[（001）Ge/GeSi，（001）Si/SiGe和（111）Si/SiGe]，发射频率为3和4 THz。的电子和光学性质的系统比较。半经典电子输运模拟被用来模拟载流子动力学，并计算峰值增益，相应的电流密度和最高工作温度。结果表明，（001）Ge/GeSi结构在两个发射频率下都具有最佳的模拟性能。
2011-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Bandgap Emission from Hexagonal Ge and SiGe Alloys
半个多世纪以来，以通常的立方（金刚石）晶格结构结晶的硅一直主导着电子工业。然而，立方硅（Si）、锗（Ge）和SiGe合金都是间接带隙半导体，不能有效地发光。因此，几十年来，从IV族材料实现有效的光发射一直是硅技术中的圣杯，尽管付出了巨大的努力，但它仍然难以实现。在这里，我们展示了直接带隙六方锗和锗硅合金的高效发光。我们测量了一个亚纳秒，温度不敏感的辐射复合寿命，并观察到类似的直接带隙III-V族半导体的发射产率。此外，我们演示了如何通过控制的六角SiGe合金的组成，发射波长可以在很宽的范围内连续调谐，同时保持直接带隙。我们的实验结果被证明是在良好的定量协议与从头算理论。半导体SiGe是一种理想的材料系统，可以在单个芯片上完全结合电子和光电功能，为新的器件概念和信息处理技术开辟道路。
2019-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Pursuing high-fidelity control of spin qubits in natural Si/SiGe quantum dot
本文在自然 Si/SiGe 量子点中实现了超过 99% 的单比特门保真度和 91% 的双比特 CZ 门保真度，证明自然硅通过抑制低频噪声有望实现高保真量子操作。
2024-09-15 cond-mat.mes-hall
Anisotropic spin-valley coupling in SiMOS and Si/SiGe quantum dots
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
研究SiMOS和Si/SiGe量子点中自旋-谷耦合的各向异性，通过外部磁场方向和强度测量，揭示两种材料系统中自旋-谷耦合的差异及优化方案。
2026-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrostatically defined Quantum Dots in a Si/SiGe Heterostructure
提出了一种在分子束外延Si/SiGe异质结中实现的静电限定的少电子双量子点。传输和电荷光谱与一个额外的量子点以及脉冲门测量证明。我们讨论了硅基异质结构的技术挑战，以及大有效电子质量对双量子点的输运性质和可调谐性的影响。电荷噪声，这可能是由于应变工程本质上诱导被证明不会影响我们的设备作为一个自旋量子比特的稳定操作。我们的研究结果保证了在Si/SiGe异质结构中静电限定的量子点适用于量子信息处理。
2010-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Direct measurement of electron intervalley relaxation in a Si/SiGe quantum dot
硅中非简并谷态的存在会极大地影响硅基异质结构中的电子动力学，导致电子自旋弛豫和自旋谷耦合。在固态自旋量子比特的背景下，重要的是要理解自旋和谷自由度之间的相互作用，以避免或减轻这些退相干机制。本文报道了在零磁场下，Si/SiGe量子点中从激发谷态到基态的弛豫现象。谷态读出是由谷依赖的隧穿效应，我们归因于谷轨道耦合的帮助。我们发现一个很长的谷间弛豫时间为12.0 $\pm$ 0.3毫秒，一个值，是未修改时，施加磁场。此外，我们将我们的研究结果与自旋弛豫时间进行比较，发现自旋谷“热点”弛豫比谷间弛豫慢大约四倍，与已建立的理论预测一致。这种技术的精度，从电子自旋读出通过能量相关的隧道，是一个间接的谷弛豫测量的改进，并可能是一个有用的探针的谷物理自旋和谷量子位实现。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron spin coherence in Si/SiGe quantum wells
限制电子自旋相干时间的机制对自旋电子学具有重要意义。本文报道了六种不同结构的硅/硅锗二维电子气的电子自旋共振（ESR）和输运测量结果。自旋退相干时间$T_2^*$与从传输实验测量的2DEG密度$n_e$和动量散射时间$τ_p$一起提出。发现$T_2^*$对所施加的磁场相对于2DEG层的取向的显著依赖性，这与文献中描述的任何机制所预期的不一致。
2004-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-high mobility two-dimensional electron gas in a SiGe/Si/SiGe quantum well
我们报告了在SiGe/Si/SiGe量子阱中观察到的电子气，其最大迁移率高达240 m^2/Vs，这明显高于先前在硅基结构中的结果。用SiO代替Al_2O_3作为绝缘体，我们得到了接近于零的阈值电压。除了在高迁移率异质结构中众所周知的主要小角度散射之外，所观察到的电导率的线性温度依赖性揭示了短程随机电位的存在。
2015-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Silicon-Germanium Heterostructures with Enhanced Valley Splitting for Spin Qubits
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University at Buffalo, SUNY（纽约州立大学布法罗分校）
研究旨在增强硅锗异质结构的谷分裂以用于自旋量子比特。通过结合一维紧束缚理论的器件尺度模拟及非传统设计方法，将谷分裂推至1到5毫电子伏特，为可扩展硅/硅锗自旋量子比特器件发展提供路径，有望解决谷分裂问题。
2026-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Practical Strategies for Enhancing the Valley Splitting in Si/SiGe Quantum Wells
本文针对 Si/SiGe 量子阱中谷劈裂不均匀问题，理论研究了界面展宽、原子台阶和锗浓度涨落的影响，并提出常规与非常规控制策略，为实现可扩展硅量子计算机中的量子比特均匀性提供了明确路径。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall
Quantum Dot Arrays in Silicon and Germanium
量子点中的电子和空穴为量子涌现、模拟和计算定义了一个很好的构建块。为了使量子电子学变得实用，将需要大量的量子点，这就需要制造成比例的结构，如线性和2D阵列。第IV族半导体包含具有零核自旋的稳定同位素，因此可以用作具有长量子相干性的自旋的优良宿主。在这里，我们展示了硅金属氧化物半导体（SiMOS），应变硅（Si/SiGe）和应变锗（Ge/SiGe）中的IV族量子点阵列。我们制造使用多层技术来实现紧密限制的量子点和比较集成过程。虽然SiMOS可以受益于更大的温度预算，并且Ge/SiGe可以与金属形成欧姆接触，但是用于限定量子点的重叠栅极结构可以基于几乎相同的集成。我们在每个平台上首次实现了Ge/SiGe的电荷传感，并展示了功能齐全的线性和二维阵列，其中所有量子点都可以耗尽到最后的电荷状态。在Si/SiGe中，我们使用N+1方法调谐五重量子点，以同时达到每个量子点的少电子区。我们比较电容串扰，发现它是最小的SiMOS，相关的量子点阵列的调谐。这些结果为量子点量子计算奠定了良好的基础，并为每个平台与标准半导体制造集成提供了机会。
2019-09-14 cond-mat.mes-hall
Charge Relaxation in a Single Electron Si/SiGe Double Quantum Dot
测量了Si/SiGe积累型双量子点中单个电子的点间电荷弛豫时间T_1。电荷量子比特的能级结构是利用光子辅助隧穿确定的，这揭示了一个低的激发态的存在。我们系统地测量T_1作为失谐和interdot隧道耦合的函数，并表明它是可调的超过四个数量级，最大为45微秒，我们的设备配置。测量的弛豫时间是一致的声子介导的能量弛豫过程，并表明低躺激发态可能有重要的影响，在硅自旋量子比特的发展。
2013-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
A 2D quantum dot array in planar $^{28}$Si/SiGe
该研究利用高质量 $^{28}$Si/SiGe 异质结构与优化栅极设计，实现可加载单电子并调控隧穿耦合的 2×2 量子点阵列，为二维硅自旋量子比特扩展奠定基础。
2023-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancement-mode buried strained silicon channel quantum dot with tunable lateral geometry
我们提出并展示了一种用于量子点的弛豫SiGe/应变Si（SiGe/s-Si）增强型栅堆叠。追求增强型SiGe/s-Si结构是因为其将量子点与富含电荷和自旋缺陷的电介质界面隔开并使背景掺杂剂最小化。在霍尔棒中测量到在5.8 \times 10^{11}/cm ^2下的1.6 \times 10 ^5 cm ^2/Vs的迁移率，该霍尔棒见证了与量子点相同的器件工艺流程。在双顶栅横向量子点纳米结构中测量了周期性库仑阻塞（CB）。CB端接开放菱形，器件两端直流电压高达\pm 10 mV。该器件是在150 mm Si铸造环境中制造的，该环境使用注入欧姆和化学气相沉积欧姆，与先前展示的增强型SiGe/s-Si结构相比，该结构由AuSb合金欧姆和原子层沉积电介质制成。一个修改的注入，多晶硅形成和退火条件被用来最大限度地减少热预算，使掩埋的s-Si层不会被清洗出来的Ge/Si互扩散。
2011-06-01 cond-mat.mes-hall
Smooth velocity shuttling for suppressing valley excitations in disordered Si/SiGe quantum dots
Research and Development Group, Hitachi, Ltd.（日立有限公司研发集团）
针对硅量子点中谷激发导致的自旋退相干问题，提出基于Tukey窗的平滑速度穿梭协议，通过映射到信号处理窗函数设计，有效抑制速度谱高频旁瓣，数值模拟表明在中低无序度下显著降低平均自旋保真度损失。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Local excitons in silicon induced by SiGe quantum huts
将硅转化为直接带隙半导体用于光电应用是几十年来的巨大挑战。提出了将合适尺寸的量子点嵌入到硅基质中可以用来将硅转化为直接带隙半导体。这一突出问题的另一个瓶颈是局域激子的识别，直接带隙特性的签名和他们的comportment内的点，可以利用在工程光电子器件，量子通信等。我们研究了芯级光谱的Si/Ge量子屋嵌入Si采用高分辨率光电子能谱。用分子束外延方法在Si（001）表面上生长了Ge（13.3nm × 6.6nm）的倒置量子屋（IQH），并通过控制溅射和退火工艺在IQH结构的不同位置进行了光电子发射实验。我们发现不同的功能在Ge 3 $d$核心水平的光谱在较低的绑定能量侧的散装3 $d$峰的核心水平的卫星的情况下，经常观察到由于光电发射终态效应。这些功能的能量被发现是敏感的IQH结构的位置探测揭示不同的核心空穴屏蔽的激子位于IQH的不同部分。这些结果揭示了I型光致发光所需的IQHs中激子的局部特性，并建立了芯能级光谱作为局部激子的直接探针。这些发现有望有助于微电子学和固态光子学的融合，这对光电应用很重要。
2019-08-02 cond-mat.mes-hall
Dispersive readout of valley splittings in cavity-coupled silicon quantum dots
体硅的能带结构具有六重谷简并。Si/SiGe量子阱系统中的应变部分地提升了谷简并，但是设置两个最低谷的分裂的材料因素仍在深入研究中。提出了一种精确测量超导微波谐振器中Si/SiGe双量子点谷分裂的方法。我们发现双量子点能级谱中的低谷态导致了腔传输中容易观察到的特征。这些特征产生半导体双量子点的微观能级结构的“指纹”，提供谷分裂和谷间耦合率的有用信息。
2016-07-29 cond-mat.mes-hall
Spin Manipulation of Free 2-Dimensional Electrons in Si/SiGe Quantum Wells
量子计算机的物理实施例的一个重要要求是可以执行任意单量子比特操作。在自旋量子比特的情况下，这意味着任意自旋旋转必须是可能的。在这里，我们展示了自旋旋转的自由2维电子的合奏局限于硅量子阱嵌入在硅锗合金主机。在脉冲电子顺磁共振谱仪中，通过共振微波脉冲和施加的磁场来操纵自旋。从脉冲测量，我们推断在这个系统中的自旋相干时间约为3微秒，允许至少100个基本操作之前，退相干破坏自旋状态。这些测量代表了在半导体中使用电子自旋实现量子计算的重要一步，但同时也对这种系统的设计建立了一些限制。
2003-04-11 cond-mat.mes-hall
Atomistic compositional details and their importance for spin qubits in isotope-purified silicon-germanium quantum wells
本研究通过原子探针断层扫描等方法分析SiGe/$^{28}$Si/SiGe异质结构的原子级组分，揭示界面偏析和低含量Ge对大谷劈裂的作用，为可重复自旋量子比特设计提供依据。
2024-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange in a silicon-based quantum dot quantum computer architecture
在体硅中，谷间电子干涉已被证明会导致杂质电子波函数之间的交换耦合产生强烈振荡，这对拟议的量子计算机构成了严重的可制造性问题。在这里，我们表明，这个问题不会出现在建议的架构中使用Si/SiGe量子点，因为在Si量子阱中的大的面内应变连同强限制的潜力典型的异质结构。
2004-08-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence of a field-gradient-driven singlet-triplet qubit coupled to many-electron spin states in 28Si/SiGe
本研究在28Si/SiGe双量子点中利用微磁体实现了快速单重态-三重态量子比特振荡，品质因子超580，并验证了与相邻量子点自旋态的相干耦合，为基于电荷的双量子比特门奠定基础。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-orbit splittings in Si/SiGe quantum wells
本文计算了Si/SiGe量子阱中自旋轨道耦合引起的子带能级分裂随波矢的变化。我们首先使用的有效质量的方法，分裂参数化分离的贡献Rashba和Dresselhaus条款。然后，我们通过拟合使用定量纳米电子建模工具NEMO-3D获得的紧束缚数值结果来确定参数。在数值模拟中，我们将相关参数描述为外加电场和阱宽的函数。对于硅膜，我们发现体Rashba参数是线性的领域，$α= α^1E_z$与$α^1 \simeq 2\times$ 10 $^{-5}$ nm $^{-2}$。对自旋轨道分裂的主要贡献来自Dresselhaus型项，并且典型的平坦SiGe/Si/SiGe量子阱的幅度可以高达1 $μ$ eV。
2009-08-17 cond-mat.mes-hall
Stabilizing an individual charge fluctuator in a Si/SiGe quantum dot
针对硅自旋量子比特中的电荷噪声问题，提出通过经典反馈方法控制噪声源本身，稳定了 Si/SiGe 量子点中的单个带电二能级涨落子，将噪声功率谱低频分量降低一个数量级，有望提升量子比特相干时间。
2025-04-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Light-Hole Spin Qubits in Strained SiGe Lattice-Matched to Ge
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出并研究一种与锗晶格匹配的轻穴自旋量子比特异质结构，其自旋响应更具各向同性、品质因子更高，还可实现重穴与轻穴基态的电切换。
2026-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum dots in Si/SiGe 2DEGs with Schottky top-gated leads
我们报道了在肖特基栅控硅/硅锗二维电子气（2DEG）中量子点器件的制备和表征。点被横向限制在蚀刻限定的沟道内，而它们的电势由点的平面中的蚀刻限定的2DEG栅极调制。在这种材料中，肖特基顶栅首次用于定义和调整点的隧道势垒。通过最小化栅极的有源面积来减小栅极的漏电流。通过增加沟道的蚀刻深度来实现对泄漏的进一步抑制。顶栅用于将点置于库仑阻塞状态，并且当侧栅上的电压变化时观察到电导振荡。
2005-08-16 cond-mat.mes-hall
Origin of giant valley splitting in silicon quantum wells induced by superlattice barriers
增强SiGe异质结构中的谷分裂是发展硅自旋量子比特的关键任务。复杂的SiGe异质结构，共享一个共同的特点，四个单层（4ML）Ge层旁边的硅量子阱（QW），已计算设计有巨大的谷分裂接近9 meV。然而，由于它们的复杂性，它们都没有被制造出来。在这里，我们显着简化了原来设计的复杂的SiGe异质结构，直接在Ge衬底上的Si量子阱，然后覆盖（Ge4Si4）n超晶格（SL）的障碍与VS上的小牺牲，因为它是从最大值8.7 meV减少到5.2 meV。即使是最小数量的周期（n = 1）也会产生1.6 meV的相当大的VS，这对于开发稳定的自旋量子比特来说足够大。我们还开发了一个有效的哈密顿模型，揭示了增强谷分裂（Ge4Si4）n SL障碍的微观物理。我们发现SL势垒的存在不仅没有增强VS，反而降低了VS，只有与Si量子阱谷态有极强耦合的（Ge_4Si_4）_n SL势垒才能显著增强VS.这些发现为实现足够大的VS奠定了坚实的理论基础.
2021-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Site-selective quantum control in an isotopically enriched 28Si/SiGe quadruple quantum dot
硅自旋量子比特是一种有前途的量子计算平台，提供长的相干时间、小的器件尺寸以及与工业支持的器件制造技术的兼容性。近年来，高保真度的单量子比特和双量子比特操作已经在Si中得到了证实。在这里，我们展示了相干自旋控制的四重量子点使用同位素富集28 Si制造。我们调整的基态电荷配置的四重点下降到单电子制度，并展示了可调interdot隧道耦合高达20 GHz，这使得交换为基础的两个量子位门操作。在磁场梯度中使用电偶极自旋共振实现了位点选择性单自旋旋转。我们在270 ns内在两个相邻自旋之间执行谐振CNOT门。
2019-03-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
g-tensor Optimization in Ge/SiGe Quantum Dots
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学奎克研究所和卡弗里纳米科学研究所）
通过优化g张量特性，提升量子点中自旋量子比特的稳定性与可控性，为实现大规模锗基量子计算机提供设计原理。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin blockade and lifetime-enhanced transport in a few-electron Si/SiGe double quantum dot
当电子由于自旋守恒而不能通过量子点进入能量上有利的路径时，发生自旋阻塞，导致通过量子点的电流被阻塞。自旋阻滞是自旋电子学的许多最新进展的基础，包括单个电子自旋的测量和操纵。我们报道了硅双量子点中自旋封锁机制的测量结果，揭示了一个互补现象：寿命增强的输运。我们认为，我们的观察出现，因为电子自旋在硅中的衰减时间很长，使电子能够保持其自旋在整个过境的量子点和访问快速路径，存在于一些自旋通道，但不存在于其他。这样长的自旋寿命对于诸如量子计算和更一般地自旋电子学的应用是重要的。
2008-12-12 cond-mat.mes-hall
Transport through an impurity tunnel coupled to a Si/SiGe quantum dot
实现硅中掺杂剂的可控耦合对于操作基于施主的量子比特器件至关重要，但由于施主束缚电子波函数的尺寸很小，因此很难实现。在这里，我们报告的特性的量子点耦合到一个本地化的电子态，我们提出的证据之间的量子点和本地化的状态可控耦合。一组通过该装置的传输测量使得能够确定局域态的最可能位置，这与量子点边缘附近的量子阱中的电子活性杂质一致。我们报告的实验是一致的栅极电压可控的隧道耦合，这是一个重要的构建块的混合施主和栅极定义的量子点设备。
2015-05-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-dependent edge-channel transport in a Si/SiGe quantum Hall system
研究了量子霍尔机制下高迁移率Si/SiGe二维电子系统中电子的边沟输运。通过选择性地填充自旋分辨的边缘通道，我们观察到自旋向上和自旋向下的两个边缘通道之间的散射的抑制。相反，当自旋分辨能级的塞曼分裂随着磁场方向的倾斜而增大时，两个相关边缘沟道的自旋取向都被切换到自旋向下，并且强烈地促进了边缘沟道间的散射。绝热边缘沟道输运的明显自旋依赖性是硅基二维电子系统中的一个独特特征，起源于弱的自旋-轨道相互作用。
2006-03-16 cond-mat.mes-hall
Strong electron-electron interactions in Si/SiGe quantum dots
电子之间的相互作用可以强烈地影响多电子量子点的形状和功能。由此产生的电荷分布可以被局部化，就像维格纳分子的情况一样，对能谱和隧穿点外的状态产生影响。硅点的情况甚至更加复杂，这是由于谷、轨道和相互作用能量尺度之间的相互作用。在这里，我们研究了两个电子波函数的静电限制量子点中形成的SiGe/Si/SiGe量子阱在零磁场，使用紧束缚和全组态相互作用（FCI）的方法相结合，并考虑在量子阱界面原子尺度的无序。我们基于最近的量子比特实验对量子点进行建模，量子比特实验跨越了强相互作用和弱相互作用系统之间的边界，并显示出丰富多样的行为。我们的计算表明，强的电子-电子相互作用，诱导的弱约束，可以显着抑制低位，单重态-三重态（ST）的激发能。然而，当界面无序引起的谷轨道相互作用较弱时，ST分裂可以接近其非相互作用值，即使当电子-电子相互作用较强且观察到Wigner-molecule行为时。这些结果对于合理设计和制备具有可预测性质的量子点量子比特具有重要意义。
2021-05-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Understanding disorder in Silicon quantum computing platforms: Scattering mechanisms in Si/SiGe quantum wells
本文理论分析Si/SiGe量子阱中多种散射机制对迁移率和量子迁移率的密度依赖，确定低/高密度限制因素并估计金属-绝缘体转变临界密度。
2023-12-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On-chip cryogenic multiplexing of Si/SiGe quantum devices
本文提出将片上FET多路复用电路与Si/SiGe量子器件集成，实现控制布线减少近十倍，并在16个霍尔棒阵列中验证低温量子霍尔效应，为大规模硅量子处理器的有限连接读出提供方案。
2024-10-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulation of 1/f charge noise affecting a quantum dot in a Si/SiGe structure
该研究通过模拟 Si/SiGe 栅控量子点界面俘获电荷的位移涨落，给出与实验 1/f 电荷噪声谱幅度和形状相符的电荷密度与位移尺度参数组合。
2024-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-adiabatic quantum control of valley states in silicon
非绝热量子效应，经常在实验上观察到半导体纳米器件，如单电子泵工作在高频率，可能会导致不希望的和不可控的行为。然而，当与硅固有的谷自由度结合时，这些不利的影响可以用于量子信息处理方案。利用薛定谔方程的显式时间演化，数值研究了SiGe/Si异质结构中量子点中电子两个最低谷态之间的非绝热跃迁.当量子点的中心变化时，在顶部SiGe/Si界面处存在单个原子层台阶在电子光谱中打开了反交叉。我们表明，一个电场施加垂直的接口允许调谐的反交叉能隙。结果，通过使电子移动通过该反交叉，并且通过电改变能隙，可以电控制两个最低谷态的概率。
2021-11-22 cond-mat.mes-hall
Conveyor-mode single-electron shuttling in Si/SiGe for a scalable quantum computing architecture
由限制在Si/SiGe量子点中的单电子定义的小自旋量子位寄存器成功地运行，并且连接这些寄存器将允许可扩展的量子计算。在寄存器之间穿梭携带电子的量子位是高保真相干链路的自然选择，前提是控制信号的开销保持适度。我们的原理证明证明了在静电定义的420 nm长的Si/SiGe量子通道中通过传播波势的单个电子的穿梭。这种走廊模式穿梭方法只需要四个正弦控制信号，而与其长度无关。我们讨论的信号参数的调谐，检测的平滑度的电子运动，使映射的潜在的障碍，并观察到一个高的单电子穿梭保真度的$99.42\pm0.02\,\%$，包括方向的逆转。我们的穿梭设备可以很容易地嵌入到Si/SiGe量子位芯片的工业制造中，并为解决完全可扩展的半导体量子计算架构的信号扇出问题铺平了道路。
2021-08-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge sensing and controllable tunnel coupling in a Si/SiGe double quantum dot
本文报道了Si/SiGe双量子点的集成电荷传感测量。该量子点被证明是可调谐的，从一个单一的，大的点，以及隔离的双点。电荷感测测量使得能够提取量子点之间的隧道耦合t作为限定器件的顶栅上的电压的函数。对单个这样的栅极上的电压的控制调谐分隔两个点的屏障。测得的隧道耦合是栅极电压的指数函数。控制t的能力是控制硅量子点中自旋量子比特的重要一步。
2009-05-11 cond-mat.mes-hall
Detuning Axis Pulsed Spectroscopy of Valley-Orbital States in Si/SiGe Quantum Dots
硅量子点量子位必须与低谷激发态竞争，低谷激发态是量子阱异质结构和无序的敏感函数;量化和最大化这些态的能量对于提高器件性能至关重要。我们描述了一种光谱方法，用于探测激发态在隔离的Si/SiGe双量子点使用标准基带脉冲技术，简化了多点设备中的能量谱的提取。我们使用这种方法来测量几十个谷激发态能量跨越多个晶片，量子点，和轨道状态，至关重要的评估谷分裂量子阱宽度和其他外延条件的依赖性。我们的研究结果表明，较窄的井可以有利于改善谷分裂，但这种效果可以混淆的生长和制造条件的变化。这些结果强调了谷分裂测量对于指导Si量子比特发展的重要性。
2021-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge-noise spectroscopy of Si/SiGe quantum dots via dynamically-decoupled exchange oscillations
硅量子点中的电子自旋是有前途的量子比特，因为它们的相干时间长，可扩展的制造和全电控制的潜力。然而，主体半导体中的电荷噪声是在这些器件中实现高保真单量子位和双量子位门的主要障碍。在这项工作中，我们使用多种方法的组合测量了Si/SiGe单重态-三重态量子比特在近12个十年频率上的电荷噪声谱，包括量子比特演化过程中动态解耦的交换振荡，最多可达512 π脉冲。电荷噪声在我们测量的整个频率范围内都是有色的，尽管谱指数随频率而变化。此外，从近端传感器量子点的电导测量推断的电荷噪声谱与从单重态-三重态量子比特的相干振荡推断的电荷噪声谱一致，这表明简单的输运测量可以准确地表征Si/SiGe量子点中宽频率范围内的电荷噪声。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Simulation of Si/SiGe Devices with Experimentally Calibrated Micromagnet Effects
Equal1 Laboratories（Equal1 实验室）
本研究提出一个经实验校准的Si/SiGe六点器件三维模拟流程，结合电荷屏蔽和Jiles-Atherton磁滞模型，成功复现实验共振频率，为可扩展自旋量子比特设计提供可靠预测基础。
2026-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
A flexible design platform for Si/SiGe exchange-only qubits with low disorder
基于自旋的硅量子点是用于量子信息处理的在相干时间、控制和工程方面有吸引力的量子比特技术。在这里，我们提出了一个只交换硅量子位器件平台，结合了CMOS类晶圆处理的吞吐量与直写光刻的多功能性。该技术，我们硬币“SLEDGE”，特点是点状栅极，同时在一个地形平面上图案化，随后通过过孔连接到互连金属线。该工艺设计实现了非平凡的布局以及栅极尺寸、材料选择和附加器件特征（例如用于rf量子位控制）的灵活性。我们表明，SLEDGE过程中减少了静电无序与传统的重叠栅极器件与剥离金属化，我们目前的自旋相干交换振荡和单量子位盲随机基准数据。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low-frequency charge noise in Si/SiGe quantum dots
硅中的电子自旋具有很长的相干时间，是一种很有前途的量子比特平台。然而，半导体中的电场噪声对量子点自旋量子比特中的大多数单量子比特和多量子比特操作提出了挑战。在这里，我们调查的低频电荷噪声谱的温度和铝氧化物栅介质厚度的Si/SiGe量子点重叠的栅极的依赖关系。我们发现电荷噪声随氧化铝厚度的增加而增加。我们还发现强点到点的噪声幅度和频谱的温度依赖性的变化。这些发现表明，每个量子点经历由两个能级系统的不同系综引起的噪声，每个系统具有不均匀的热激活能分布。两者合计，我们的研究结果表明，在Si/SiGe量子点中的电荷噪声起源于至少部分地从半导体表面附近的两个能级系统的非均匀分布。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall
An extended density matrix model applied to silicon-based terahertz quantum cascade lasers
硅基太赫兹量子级联激光器（QCL）提供了优于现有III-V族器件的潜在优势。尽管已知相干电子输运效应在QCL中很重要，但在Si基器件设计中从未考虑过它们。我们描述了一个密度矩阵传输模型，该模型被设计成比以前的研究中的那些更一般，并需要较少的先验知识的电子能带结构，允许其使用在半自动化的设计程序。该模型的基础包括所有的状态，在周期间运输，我们的稳态解决方案扩展到超越的行波近似，包括DC和反向传播条款。我们模拟了束缚到连续Ge/SiGe QCL的潜在性能，发现具有4-5 nm厚势垒的器件具有最高的模拟光学增益。我们还研究了Ge和SiGe层之间的相互扩散的影响，我们表明，如果它是考虑到在设计中，相互扩散长度高达1.5 nm不会显着影响模拟器件的性能。
2012-06-01 cond-mat.mes-hall
Two-qubit silicon quantum processor with operation fidelity exceeding 99%
硅自旋量子比特满足量子信息处理的必要标准。然而，一直缺乏高保真度状态准备和读出与高保真度单量子位和双量子位门相结合的演示，所有这些都必须存在于量子纠错中。我们使用两个量子位Si/SiGe量子处理器来演示状态准备和读出，保真度超过97%，结合单量子位和两个量子位的控制精度超过99%。量子处理器的操作的定量特征在于使用门集断层扫描和随机基准。我们的研究结果突出了硅自旋量子比特成为中等规模量子处理器发展中的主导技术的潜力。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast charge sensing of Si/SiGe quantum dots via a high-frequency accumulation gate
量子点阵列是实现自旋量子位的通用平台，因为高带宽传感器点可以与单点、双点和三点量子位集成，从而产生快速和高保真度的量子位读出。然而，对于未掺杂的硅器件，传感器欧姆的反射测量受到二维电子气（2DEG）的有限电阻率的影响，并且替代的读出方法限于测量量子位电容，而不是量子位电荷。通过将表面贴装谐振电路耦合到高阻抗传感器的柱塞栅极，我们实现了与电阻性2DEG兼容的快速电荷传感技术。我们证明了这一点，通过获取在高速电荷稳定性图的双和三点阵列的Si/SiGe异质结构，以及脉冲栅极单次充电和自旋读出的集成时间低至2.4 $μ$ s。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall
Characterization of individual charge fluctuators in Si/SiGe quantum dots
本研究针对硅量子点中电荷噪声来源不明的问题，通过输运测量与阿伦方差、因子隐马尔可夫模型分析，表征了Si/SiGe量子点中的单个二能级涨落体，揭示了其切换时间的调控规律与物理起源，为抑制电荷噪声提供了实验依据。
2024-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
