Enhanced nonlinear optical response from individual silicon nanowires
我们报告了不同尺寸的硅纳米线的非线性光学性质的实验观察和表征。我们的结果表明，非线性光有不同的成分，其中之一对应的二次谐波产生（SHG）。二次谐波强烈地依赖于光激发的偏振态和纳米线直径，并给出了局部电磁场强度分布的访问。此外，我们表明，二次谐波，当观察到，增强体硅相比，是敏感的纳米线支持的光共振。这为硅基非线性光子器件的定义提供了不同的视角。
2017-04-12 cond-mat.mes-hall
Spin Coherence and Echo Modulation of the Silicon Vacancy in 4H-SiC at Room Temperature
碳化硅中的硅空位在量子信息处理和传感方面具有重要的应用前景。我们进行了室温光检测磁共振和自旋回波测量的整体空缺，并发现强烈依赖于磁场的属性。自旋回波衰减时间从低场时的小于10 $μ$ s变化到68 mT时的80 $μ$ s，并且还观察到强的场依赖性自旋回波调制。这种调制归因于与核自旋的相互作用，并通过理论模型得到了很好的描述。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence of Spin Qubits in Silicon
考虑到半导体器件对经典计算的有效性，人们自然会考虑用于固态量子信息处理的半导体系统。半导体特别适用于需要局部控制电场和电荷传输的场合。传统的半导体电子器件是建立在这些能力之上的，并且已经证明可以扩展到大型复杂的互连器件阵列。然而，量子计算机的要求与经典计算的要求非常不同，如何在半导体中构建量子计算机并不明显。一种可能的方法是使用自旋作为量子比特：原子核的，电子的，或两者的组合。长的量子比特相干时间是量子计算的先决条件，在本文中，我们将讨论硅中自旋相干性的测量。结果是令人鼓舞的-无论是电子绑定到施主和施主核表现出低退相干在适当的情况下。因此，掺杂硅似乎通过了通往量子计算机之路的第一次测试。
2005-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherence protection of a silicon hole spin qubit with phase-modulated microwave driving
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Hitachi, Ltd.（日立有限公司）；University of Tokyo（东京大学）
该研究针对硅空穴自旋量子比特的相干时间受限问题，采用相位调制级联连续驱动技术抑制低频噪声，稳定拉比振荡并实现相干调控与噪声保护，为抗噪空穴自旋量子比特提供了可行方案。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lifetime enhanced transport in silicon due to spin and valley blockade
我们报告的观察寿命增强传输（LET）的基础上垂直谷在硅晶体管中的双电子系统的输运光谱测量。LET表现为一个特殊的电流阶跃的稳定性图，由于之间的一个激发态和任何较低的能量状态，由于垂直谷（和自旋）配置的禁戒跃迁，提供了一个额外的电流path. By采用详细的温度依赖性研究结合速率方程模型，我们估计这个特定的状态的寿命超过48 ns。通过大规模原子紧束缚模拟，得到了器件中所有相关受限量子态的双电子自旋谷组态。LET是硅中复杂的谷物理学的一个特征;这一特征在硅量子器件中变得越来越重要。
2011-07-19 cond-mat.mes-hall
Enhanced photoluminescence emission from two-dimensional silicon photonic crystal nanocavities
本文研究了在二维光子晶体中引入点缺陷形成的硅光学纳米腔的温度效应。除了晶体硅在~1.10 eV处的显著TO声子辅助跃迁外，我们还观察到~1.05-1.09 eV的宽缺陷带发光。空间分辨光谱表明，这个缺陷带是目前只在该地区的空气孔已被蚀刻在制造过程中。可检测到的腔模发射持续到室温，与此形成强烈对比的是，当T > 150 K时，背景发射消失。记录的发光信号的温度依赖性的Ahrrenius型分析，无论是在共振腔模式，或弱失谐，表明较高的温度稳定性可能会出现从增强的内部量子效率，由于珀塞尔效应。
2009-12-04 cond-mat.mes-hall
Enhanced single photon emission from carbon nanotube dopant states coupled to silicon microcavities
单壁碳纳米管作为室温量子光源和硅基集成光子电路的纳米级光源是一种很有前途的材料。在这里，我们表明，在碳纳米管和硅微腔中的掺杂剂状态的集成可以在室温下在硅光子学平台上提供明亮和高纯度的单光子发射器。我们进行光致发光光谱和观察增强发射的掺杂剂状态的一个因素的$\sim$ 100，和腔增强的辐射衰减确认使用时间分辨测量，其中观察到$\sim$ 30%的发射寿命减少。通过光子相关测量研究了腔耦合掺杂态发射光子的统计特性，观察到了高纯度的单光子产生。光子发射统计的激发功率依赖性表明，即使当激发功率增加时，光子反聚束的程度也可以保持较低，而单光子发射率可以增加到$\sim 1.7 \times 10^7$ Hz。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall
Simulation of Boron Diffusion during Annealing of Silicon Substrates Undergone a High Fluence Ion Implantation
对高注量离子注入硅衬底快速热退火过程中硼原子瞬态增强扩散的微观机理进行了理论研究。为了比较机制的瞬态增强扩散由于对“硼原子-硅间隙”的迁移模型的开发。据推测，在退火过程中溶解的团簇纳入硼原子发生。在团簇溶解过程中，一小部分硼原子占据取代位置，而其他原子成为间隙原子。计算的硼浓度分布曲线与实验数据的比较表明，在850 ℃及以下的温度下，非平衡态的硼元素是引起瞬态增强扩散的主要原因。另一方面，在850摄氏度及以上的温度下，对瞬态增强扩散的主要贡献由“硼原子-硅间隙”对提供。
2010-07-22 cond-mat.mes-hall
Enhanced Raman scattering of graphene using double resonance in silicon photonic crystal nanocavities
我们证明了增强拉曼散射从石墨烯的二维光子晶体使用双共振，这源于同时增强的本地化导模和腔模式。通过调节光子晶体的腔参数，可以将双共振调谐到G'拉曼散射。激发波长依赖性的测量表明，一个大的拉曼峰增强时，激发和发射波长满足双共振条件。此外，进行空间成像测量，以确认增强是本地化的腔，我们发现，增强的拉曼强度是60倍大相比，基板上的拉曼信号。观察到的拉曼散射的腔增强为硅光子学的石墨烯基光源的开发开辟了新的可能性。
2018-06-06 cond-mat.mes-hall
Quantum decoherence dynamics of divacancy spins in silicon carbide
长相干时间是量子比特（qubit）性能的关键。在这里，我们的实验和理论表明，哈恩回波相干时间（T2）的电子自旋与4 H-SiC中的双空位缺陷达到1.3毫秒，在天然同位素晶体中的电子自旋的最长T2时间之一。使用第一性原理微观量子浴模型，我们发现，两个因素决定了异常强大的相干性。首先，在中等磁场（300 G及以上）的存在下，29 Si和13 C顺磁核自旋浴被去耦。此外，由于SiC是二元晶体，同质核自旋对被稀释并且被禁止形成强耦合的最近邻自旋对。更长的近邻距离导致更少的核自旋触发器，更少波动的晶内磁环境，从而更长的T2时间。我们的研究结果指出，多原子晶体作为有前途的主机相干量子位在固态。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall
Suspended silicon nitride thin films with enhanced and electrically tunable reflectivity
我们报告的实现氮化硅膜增强和电可调的反射率。一个亚波长一维光栅直接图案化的悬浮200 nm厚，高应力商业薄膜使用电子束光刻。在垂直入射的TM偏振光的透射光谱中观察到Fano共振，导致其在937 nm处的反射率从10%增加到78%。所观察到的光谱进行比较，严格的耦合波分析模拟的结果的基础上测量的光栅横向轮廓通过局部切割的悬浮膜与聚焦离子束。通过将膜芯片安装在环形压电换能器上并向衬底施加压缩力，我们随后观察到透射光谱的0.23 nm的偏移。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall
Coherence properties and quantum control of silicon vacancy color centers in diamond
无自旋金刚石主晶格中的原子尺度杂质自旋（也称为色心）已被证明是基于固态的量子技术应用的通用工具，范围从量子信息处理（QIP）到量子增强传感和计量学。由于其宽的带隙，金刚石可以容纳数百种不同的色心。然而，它们对QIP或传感应用的适用性仅在其中少数几个方面进行了测试，氮空位（NV）强烈主导了这一研究领域。然而，由于其有限的光学特性，NV在QIP应用中的成功在很大程度上取决于高效光子接口的开发。在过去的几年里，带负电荷的硅空位（SiV）中心受到了极大的关注，由于其非常有利的光谱特性，如窄零声子线跃迁和弱声子边带。在这里，我们回顾了最近的工作调查的SiV中心的轨道和电子自旋的相干性，以及技术，相干控制其量子态使用微波以及光场，我们概述了潜在的未来实验方向，以提高SiV的相干时间尺度，并将其发展成为一个有价值的工具QIP应用。
2017-09-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhanced Multiple Exciton Generation in Amorphous Silicon Nanoparticles
基于密度泛函理论（DFT）的多体微扰理论（MBPT）计算表明，氢钝化纳米硅纳米线和准二维纳米薄膜中的多重激子产生（MEG）强烈依赖于核结构的无序程度.在电子-光子耦合和屏蔽库仑相互作用中工作到第二阶，我们计算了具有晶体和非晶核结构的${\rm Si}_{29}{\rm H}_{36}$量子点（QD）、由这些QD构建的简单立方三维阵列、晶体和非晶NW以及准二维硅纳米膜中的量子效率（QE），单个吸收光子产生的激子的平均数量，也包括晶体和非晶体。除了结晶NW和结晶膜之外，在这些纳米颗粒中预测在约$3E_g$的光子能量下QE为1.3至1.8的有效MEG，其中$E_g$是电子间隙，其中无定形纳米颗粒中的$QE\simeq 1.$ MEG由于结构无序而通过电子定位增强。结合较低的带隙，预测纳米尺寸的非晶硅纳米线和薄膜在太阳光谱范围内具有有效的载流子倍增。
2014-11-22 cond-mat.mes-hall
A spin quantum bit architecture with coupled donors and quantum dots in silicon
硅中施主电子和原子核的自旋是很有前途的量子比特（qubit）候选者，它将长相干时间与硅纳米技术工业的制造工艺相结合。我们概述了一个潜在的可扩展的自旋量子位架构，其中供体核和电子自旋耦合到量子点中的电子自旋，并讨论了通过单离子注入对准量子点的供体位置的要求。
2011-10-10 cond-mat.mes-hall
Isolated electron spins in silicon carbide with millisecond-coherence times
SiC缺陷的消除促进了其进入光电子和电力电子行业的前沿。尽管如此，由于SiC缺陷的电子态可以具有尖锐的光学和自旋跃迁，它们越来越被认为是量子信息和纳米尺度传感应用的宝贵资源。在这里，我们表明，在高度纯化的单晶4 H-SiC中的单个电子自旋态可以被隔离和相干控制。绑定到中性双空位缺陷，这些国家表现出异常长的合奏哈恩回波自旋相干性，超过1毫秒。相干控制单自旋在一种材料适合先进的生长和微加工技术是一个令人兴奋的路线，晶圆级量子技术。
2014-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Improved Light Absorption by Quantum Confinement and Band Folding: Enhanced Efficiency in Silicon Based Solar Cells
从理论上研究了Si/BeSe $_{0.41}$ Te $_{0.59}$异质结构在太阳能电池应用中光吸收的改善。首先，使用简单的方法，我们发现光吸收可以在厚度高达20 μ m的单个（非耦合）量子阱中得到改善。其次，我们用半经验紧束缚方法计算了各种（Si）$_{2})_{n}$ /（BeSe）$_{0.41}$ Te $_{0.59})_{m}$ [001]超晶格的电子结构和光学性质。在体硅的带隙中发现了两个界面态带。我们的计算表明，光学边缘接近体硅的基本带隙和跃迁是光学允许的。
2002-10-02 cond-mat.mes-hall
Hybrid optical-electrical detection of donor electron spins with bound excitons in silicon
自旋的电检测是理解半导体器件中自旋动力学的重要工具，为从光电子学和自旋电子学到量子信息处理的应用提供了有价值的见解。对于与硅中的浅施主结合的电子自旋，体电检测磁共振依赖于与自旋读出伙伴（诸如顺磁缺陷或传导电子）的耦合，这从根本上限制了自旋相干时间。在这里，我们展示了通过硅器件的运输，使用光学驱动的施主束缚激子跃迁的磷施主电子自旋共振的电检测。我们使用这种方法来测量电子自旋拉比振荡，并通过避免使用辅助自旋读出，我们能够获得长的内在电子自旋相干时间，仅受施主浓度的限制。我们继续实验解决的关键问题，采用这种方案在硅纳米器件的单自旋测量，包括应变，电场，和非共振激发的影响。这为实现与自旋相关隧穿相比具有放松的磁场和温度要求的单自旋读出的通用读出方法奠定了基础。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall
Low dephasing and robust micromagnet designs for silicon spin qubits
使用微磁体在硅量子位中实现电子自旋操纵已经成为一种非常流行的方法，使单量子位门的量子数大于99：9%。然而，这些微磁体也将杂散磁场梯度施加到量子比特上，使得自旋状态容易受到电场噪声的影响，并限制了它们的相干时间。我们在这里描述了一种磁体设计，它可以最大限度地减少量子位的失相，同时允许快速的量子位控制和寻址能力。具体而言，我们设计和优化磁体尺寸和相对于量子点的位置，最大限度地减少来自磁场梯度的失相。这种设计的微磁感应退相速率比最先进的实现方式低3个数量级，允许长的相干时间。这种设计对制造误差是鲁棒的，并且可以与各种各样的硅量子比特器件几何形状相结合，从而允许探索相干限制因素和新颖的放大方法。
2021-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
$^{29}$Si nuclear spins as a resource for donor spin qubits in silicon
固态系统中电子自旋附近的核自旋寄存器为解决量子体系结构中可扩展性的挑战提供了强大的资源。我们在这里调查的$^{29}$硅核自旋周围的施主原子在硅的属性，并考虑使用这样的自旋，结合施主核自旋，作为量子寄存器耦合到施主电子自旋。我们发现附近的$^{29}$硅核自旋的相干性有效地保护了施主电子自旋的存在，导致相干时间在第二个时间尺度-超过两个数量级大于体硅的相干时间。我们从理论上研究了使用这样的寄存器进行量子纠错，包括保护核自旋免受施主电离/中和的方法，这对于辅助量子比特的重新初始化是必要的。这为使用硅中的施主进行多轮量子纠错提供了途径。
2015-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear spin decoherence of neutral $^{31}$P donors in silicon: Effect of environmental $^{29}$Si nuclei
由$^{29}$ Si核自旋触发器引起的光谱扩散已知是硅中电子自旋退相干的主要来源，预计也会限制硅中中性施体核自旋的相干时间。在这里，测量作为$^{29}$ Si浓度的函数，使用X波段脉冲电子核双共振（ENDOR），这种机制对$^{31}$ P核自旋相干性的影响。$^{31}$ P核自旋回波衰变表明，退相干受$^{29}$ Si触发器控制，导致快速（指数）和慢速（非指数）谱扩散过程。衰减时间的范围从含有50% $^{29}$ Si的晶体中的100 ms到含有1% $^{29}$ Si的晶体中的3 s。中性供体的这些核自旋回波衰减时间比天然硅中电离供体的报道长几个数量级。中性施主的电子自旋通过抑制“冻结核”内的$^{29}$ Si触发器来“保护”施主核自旋，这是由于$^{29}$ Si自旋与电子自旋的超精细耦合引起的失谐。
2015-08-21 cond-mat.mes-hall
On the electronic and vibrational dimensionality of nanometer-scale silicon structures
The University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd.（台湾积体电路制造股份有限公司）
该研究探讨半导体纳米结构的电子与振动维度评估问题，以硅纳米片为例，估算出电子量子限域临界长度约8 nm，声子限域需依波长而定，短波长需10 nm结构，长波长可达1微米。
2026-08-20 cond-mat.mes-hall
Coherence-enhanced thermodynamic performance in a periodically-driven inelastic heat engine
本文研究周期性驱动非弹性热机中量子相干性对热力学性能的影响，发现非弹性热机优于弹性热机，且相干性可增强电流、输出功和效率，几何效应和贝里曲率是关键机制。
2024-02-25 cond-mat.mes-hall
Characterizing the rate and coherence of single-electron tunneling between two dangling bonds on the surface of silicon
我们设计了一个方案，以表征隧穿的一对隧道耦合悬空键共享的硅表面上的多余的电子-有效地一个两级系统。理论估计表明，隧穿应该是高度一致的，但太快了，无法用任何传统技术测量。相反，我们的方法是测量我们的悬挂键对的时间平均的电荷分布的电容耦合原子力显微镜的尖端在两个悬挂键之间的表面平行的静电势偏置和可调谐的中红外激光能够诱导拉比振荡系统中的存在。在非共振激光器中，由于偏压的作用，悬挂键对中的时间平均电荷分布是不对称的。然而，当激光器与偏置对中的相干电子隧穿共振时，理论预测时间平均电荷分布变得对称。这种共振对称效应不仅可以揭示隧穿速率，而且可以揭示系统中单电子动力学的退相干性质和退相干速率。
2014-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Localized State-Induced Enhanced Intrinsic Phonon-Free Optical Transition in Silicon Nanocrystals
硅的光致发光和激光发射一直是突破发光机理研究瓶颈的关键问题。不幸的是，关于激子复合机制和荧光寿命的长期争议仍然没有解决，特别是关于硅纳米晶体（Si NCs）是否可以实现快速的直接带隙式光学跃迁。本文利用基态和激发态密度泛函理论（DFT）计算了Si 22 ~ Si 705纳米晶的本征无声子光跃迁，表明很小的Si纳米晶可以实现很强的直接光跃迁.轨道标记的结果表明，这种快速跃迁不是由类Γ-类Γ跃迁引起的，与有效质量近似（EMA）的结论相反，而且是由类Γ-X混合引起的准直接带隙.这种反常的转变随着尺寸的减小（或量子限制的增强）而特别强烈。通过研究光跃迁过程中产生的电子和空穴分布，提出了硅纳米晶中的局域态诱导增强发射（LIEE）。量子限制（QC）通过将布洛赫波局部化到NC核心中来扭曲激发态电子的空间分布，导致空穴和电子重叠增加，从而诱导快速光学过程。本工作解决了一些重要的争论，提出了LIEE理论来解释反常发光现象--从弱（或无）发光态到强发光态的相变，这将有助于实现高辐射率的纳米材料和应用级硅激光器。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall
Analysis of enhanced stimulated Brillouin scattering in silicon slot waveguides
受激布里渊散射已经吸引了新的兴趣与高度定制集成到硅光子平台的承诺。然而，硅波导中的显著布里渊放大尚未被示出。为了设计一种具有大的光子-声子耦合的结构，我们分析了高折射率对比度硅缝隙波导中的前向和后向布里渊散射。计算预测，梯度力提高了窄缝中的布里渊增益。我们估计，目前可行的增益约为$10^{5} \, \text{W}^{-1}\text{m}^{-1}$，这是一个数量级大于一个独立的硅线。这种有效的耦合可以在可大规模生产的硅芯片上实现许多布里渊技术。
2013-10-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
High fidelity resonant gating of a silicon based quantum dot hybrid qubit
半导体中的孤立自旋为探索量子力学相干性和开发工程量子系统提供了一个有前途的平台。硅由于其弱的自旋轨道耦合和超精细相互作用，作为开发自旋量子比特的主体材料引起了极大的兴趣，并且已经提出并实验证明了基于门定义量子点的几种结构。最近，人们提出了一种由双量子点中的三个电子组成的量子点混合量子比特，并在实验上实现了非绝热脉冲门操作，实现了简单快速的自旋态电操纵，且相干时间与操纵时间之比很有希望。然而，脉冲门控混合量子位的总体门保真度受到由于两个所需门操作之一期间的电荷噪声而导致的相对快速的失相的限制。在这里，我们执行的第一个微波驱动的栅极操作的量子点混合量子位，完全避免了制度，它是最敏感的电荷噪声。谐振失谐调制以及微波的相位控制使得围绕X（Z）轴的π旋转时间小于5 ns（50 ps），具有> 93（96）%的高结晶度。我们还实现了哈恩回波和卡尔-珀塞尔（CP）动态去耦序列，我们证明了超过150纳秒的相干时间。我们进一步讨论了一种将门保真度提高到99%以上的途径，超过了基于表面码的量子纠错的阈值。
2015-02-11 cond-mat.mes-hall
Spatially-resolved decoherence of donor spins in silicon strained by a metallic electrode
电子自旋是已知的最相干的固态系统之一，然而，要用于量子传感和信息处理应用的设备中，它们通常必须放置在界面附近。理解和减轻这些界面对电子自旋的相干性和光谱特性的影响对于实现这些应用至关重要，但也具有挑战性：从单自旋研究中推断这些数据需要许多测量才能获得有意义的结果，而系综测量通常会给出隐藏关键信息的平均结果。在这里，我们报告了一个全面的研究近表面的铋施主自旋在28-硅在毫开尔文温度下的相干性。特别是，我们使用由金属电极引起的应变引起的频率偏移，使自旋相干性作为相对于电极的深度和位置的函数的空间图。通过测量磁场不敏感的时钟转换，我们分离磁噪声引起的表面自旋电荷噪声。我们的研究结果包括定量模型的应变分裂自旋共振谱和提取的顺磁杂质浓度在硅表面。这种近表面电子自旋的退相干机制的相互作用对于它们在量子技术中的应用至关重要，而应变分裂和时钟跃迁的组合将相干寿命延长了两个数量级，在平均深度仅为100 nm时达到300 ms。我们在这里介绍的技术，在近表面合奏空间映射相干性是直接适用于其他自旋系统的积极兴趣，如金刚石，碳化硅和稀土离子在光学晶体中的缺陷。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical control of g-factors in a few-hole silicon nanowire MOSFET
硅中的空穴自旋代表了固态量子计算的一个有前途但几乎没有探索的方向，可能结合了由减少的超精细相互作用产生的长自旋相干性和快速电驱动量子位操纵。在这里，我们表明，硅纳米线场效应晶体管的基础上，国家的最先进的绝缘体上硅技术可以作为一个少孔量子点。详细的磁输运研究的第一个可访问的孔揭示了g因子与意想不到的强各向异性和栅极依赖性。我们推断，这两个特性可以使电驱动的g-张量调制自旋共振拉比频率超过几百兆赫。
2015-11-25 cond-mat.mes-hall
Coherence Protection for Mobile Spin Qubits in Silicon
Leiden University（莱顿大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；QuTech；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）；Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO)（荷兰应用科学研究组织）
通过减少磁场梯度和动态去耦技术，实现移动自旋量子比特在硅中的相干保护，提升相干时间至32μs，为可扩展的硅量子处理器提供可行方案。
2026-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Model for quantum efficiency of guided mode plasmonic enhanced silicon Schottky detectors
基于内部光电发射过程的等离子体增强肖特基探测器正在成为探测具有亚带隙能量的光子的有吸引力的选择。然而，与基于半导体中的带间跃迁的更常规的探测器相比，这些探测器的量子效率似乎较低。在此基础上，以硅等离子体激元器件为平台，建立了一个预测导模内光电探测器量子效率的理论模型。该模型得到了数值模拟和与实验结果比较的支持。最后，我们讨论了进一步提高量子效率的方法。
2014-01-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photon correlation measurements of stochastic limit cycles emerging from high-$Q$ nonlinear silicon photonic crystal microcavities
我们在受驱动的非线性高$Q$硅（Si）光子晶体（PhC）微腔中进行了光子相关[ $g^{(2)}(τ)$ ]的测量.当输入泵浦功率超过临界值时，测量的$g^{(2)}(τ)$表现出阻尼振荡行为。从实验和模拟之间的比较，我们的属性测量振荡的$g^{(2)}(τ)$的自脉冲（极限环）出现的光子，载流子和热动力学之间的相互作用。也就是说，$g^{(2)}(τ)$的振荡频率对应于极限环的振荡周期，而其有限的相干（阻尼）时间源于极限环的随机性质。从相位约化理论的观点出发，我们将测量到的$g^{(2)}(τ)$的相干时间解释为极限环广义相位的相干（扩散）时间。此外，我们表明，在激光输入功率的增加增强的相干时间的$g^{(2)}(τ)$的微秒的顺序，这可能是一个随机极限环通过泵浦的稳定性的演示。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall nlin.AO physics.optics
Coherent spin dynamics of hyperfine-coupled vanadium impurities in silicon carbide
量子技术的进步在很大程度上是通过金刚石中的氮空位中心实现的。然而，它的部分性质是不理想的，这推动了对其他自旋活性晶体缺陷的研究。其中一些具有更强的自旋轨道和超精细耦合的能量标度，但这如何影响它们的自旋相干性却很少探索。碳化硅中的钒就是这样一种系统，其在电信波长的光发射和与半导体工业的兼容性具有技术兴趣。在这里，我们展示了相干自旋动力学的钒缺陷周围的时钟过渡，研究而孤立，或耦合到邻近的核自旋的合奏。我们发现自旋退相时间高达7.2 $μ$ s，并通过自旋回波研究相干寿命远远超过几十微秒。我们展示了操作点，其中强耦合到相邻的核自旋不妥协的中心钒自旋的相干性，这确定了如何将这些可以作为一个相干的自旋寄存器。我们的研究结果是相关的理解具有类似的能量尺度和晶体对称性，目前在金刚石，碳化硅和六方氮化硼探索的缺陷的广泛类别。
2022-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent control of the silicon-vacancy spin in diamond
金刚石中的自旋杂质已经成为广泛的基于固态的量子技术中有前途的构建块。带负电荷的硅空位中心结合了其高质量光子特性与基态电子自旋的优势，可以通过光学方式读出。然而，要使这种自旋作为量子比特进行操作，完全的量子控制是必不可少的。在这里，我们报告的测量光学检测磁共振和示范的相干控制的一个单一的硅空位中心自旋与微波场。利用Ramsey干涉法，我们直接测量了3.6K下的自旋相干时间T2*，为115 +/- 9 ns。相干时间的温度依赖性表明，退相和衰变的自旋引起的基态的轨道分支之间的单声子介导的激发。我们的结果使硅空位中心自旋成为一个可控的资源，建立自旋光子量子界面。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement of enhanced spin-orbit coupling strength for donor-bound electron spins in silicon
该研究通过多施主量子点的多体波函数，将硅中施主束缚电子自旋的自旋-轨道耦合强度局部增强两个数量级以上，为利用EDSR实现全电控制提供了新途径。
2024-04-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of Graphene Integrated in Plasmonic Silicon Platforms with Three-Dimensional Nanotopography
将石墨烯与等离子体纳米结构集成导致多功能混合系统，其具有用于许多应用的增强的性能。在这项工作中，我们利用石墨烯显着的机械性能，将其与可扩展的3D等离子体纳米结构硅衬底相结合，增强了石墨烯与电磁辐射的相互作用。大面积的飞秒激光结构的硅纳米柱阵列，用金纳米颗粒装饰，与石墨烯集成，这符合衬底纳米形貌。我们在488，514，633和785 nm的激发波长，跨越整个可见光范围内获得拉曼光谱。对于所有激发波长，石墨烯的拉曼信号增强了2-3个数量级，类似于迄今为止测量的关于等离子体基片上石墨烯的表面增强拉曼光谱（SERS）的最高增强。此外，与传统的沉积和光刻方法相比，这里采用的制造方法依赖于硅在水中的单步、无掩模、成本有效、快速激光加工，适合于大规模制造。差分时域模拟阐明了衬底的3D形貌的优点。石墨烯与Au修饰的硅纳米柱的构象使得石墨烯能够从增加数量的纳米颗粒中近场采样。由于与纳米柱的协同效应，不同的纳米颗粒对于柱上的不同波长和位置变得更活跃，从而提供宽带增强。纳米结构等离子体硅是与石墨烯和其他2D材料集成的有前途的平台，用于传感，光子学，光电子学和医疗诊断领域的大面积混合纳米材料的下一代应用。
2019-02-11 cond-mat.mes-hall physics.app-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
Silicon in the Quantum Limit: Quantum Computing and Decoherence in Silicon Architectures
半导体架构由于其大的工业基础和感知的可扩展性潜力而为量子信息处理（QIP）应用带来希望。硅中的电子自旋特别地可以是用于QIP并且还用于自旋电子学（自旋电子学）应用的优秀架构。虽然电子的电荷很容易被带电栅极操纵，但自旋自由度与电荷波动很好地隔离。固有的小自旋-轨道耦合和自旋零Si同位素的存在促进长的单自旋量子比特相干时间。在这里，我们考虑由于施主，量子阱和量子点，包括由于声子和Rashba自旋轨道耦合的影响，在硅中的局域电子态的弛豫特性。我们的分析受到硅的复杂多谷能带结构和硅量子阱中以前未解决的物理问题的阻碍。我们发现，硅，特别是应变硅中的电子自旋具有良好的退相干特性。在可能的情况下，我们与实验进行比较，以检验我们的理论。我们超越了量子计算机中的相干性问题，进入了控制和测量问题。在半导体结构中，正是自旋弛豫时间如此之长，使得自旋测量如此困难。为了解决这个问题，我们提出了一个新的自旋读出方案，它具有自动自旋初始化，量子计算和量子纠错的重要组成部分的额外好处。我们的研究结果代表了设计和构建硅基量子计算机的重要实践里程碑。
2007-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing minimal scattering events in enhanced backscattering of light using low-coherence induced dephasing
我们利用低空间相干照明去相位的时间反转的部分波以外的有限的相干区域，这几乎创建了一个可控的相干体积和隔离的最小数量的散射事件从高阶散射增强后向散射（EBS，也称为相干后向散射）的光。我们报告的第一个实验证据表明，在EBS中的散射事件的最小数量是在离散随机介质中的双散射，这已经假设，因为第一次观察光的EBS。我们讨论了弱散射随机介质中低相干EBS的一些独特的特性和潜在的应用。
2006-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
High-Q silicon photonic crystal cavity for enhanced optical nonlinearities
我们制造和实验表征的$H0$光子晶体平板纳米腔的最大品质因数，$Q = 1.7$百万优化的设计。由硅板制成的腔具有$λ= 1.59 \mathrm{μm}$的谐振模式和测量的$400,000$的$Q$因子。它显示非线性效应，包括高对比度光学双稳态，在阈值功率之间的最低有史以来报道的硅器件。由于理论模态体积与$V = 0.34(λ/n)^3$一样小，该腔在具有最高$Q/V$比的腔中排名，同时具有适合于光子电路集成的小尺寸。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Monolithic Integrations of Slanted Silicon Nanostructures on 3D Microstructures and Their Application to Surface Enhanced Raman Spectroscopy
我们展示了黑硅与倾斜的纳米锥阵列上的平面和3D的微米和介观尺度的结构，通过高通量的光刻免费的斜角等离子体蚀刻工艺生产的制造。在同一块硅上产生了高度逐渐变化的纳米锥。实验研究了定向等离子体入射角与纳米锥倾斜角的关系。为了证明纳米结构在微米和介观尺度的非平面表面上的单片集成，在非平面硅表面上以各种形态（诸如硅原子力显微镜（AFM）尖端和金字塔坑）制造纳米锥森林。通过在反硅微金字塔阵列器件上集成纳米锥，我们进一步提高了这种优化的商业SERS基底的表面增强拉曼散射（SERS）增强性能，即使使用66%的贵金属涂层也是如此。我们研究了倾斜纳米锥在极化激发下的SERS效应的长度梯度依赖性和非对称性。这种多功能和角度可控的纳米锥制造和单片3D纳米-微米-介观集成方法为SERS和其他纳米光子传感器的生产和优化提供了新的维度。
2014-02-07 cond-mat.mes-hall physics.optics q-bio.BM
Spin mediated enhanced negative magnetoresistance in Ni80Fe20 and p-silicon bilayer
在这项工作中，我们提出了一个实验研究自旋介导的增强负磁电阻在Ni_（80）Fe_（20）（50 nm）/p-Si（350 nm）双层。电阻测量显示，对于3 T的面外施加的磁场，双层样品的电阻降低约2.5%，而氧化物样品上的Ni 80 Fe 20（50 nm）的电阻降低1.3%。在Ni_（80）Fe_（20）薄膜中，负磁电阻效应归因于各向异性磁电阻效应。我们认为自旋霍尔效应引起的自旋极化是双层膜中观察到的负磁电阻增强的根本原因。硅具有弱的自旋轨道耦合，因此自旋霍尔磁阻测量是不可行的。我们用V2ω和V3ω作为磁场和磁场在垂直于电流方向上的角旋转的函数来解释自旋霍尔效应。磁场的角旋转对V2ω和V3ω都表现出正弦行为，这归因于自旋-霍尔效应介导的自旋极化引起的自旋-声子相互作用。我们认为自旋极化导致空穴-声子散射的减少，从而导致负磁电阻的增强。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal conductance at interfaces between gold and amorphous silicon and amorphous silica
本文通过非平衡分子动力学模拟研究金与晶态/非晶态硅及二氧化硅的界面热导，发现非晶态界面热导显著更高，并从界面匹配性、非谐性和振动模式离域特性角度揭示了增强机制。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction of Strain and Nuclear Spins in Silicon: Quadrupolar Effects on Ionized Donors
硅中电离施主的核自旋由于其很长的相干时间而成为一种有趣的量子资源。然而，它们的完美隔离是有代价的，因为没有施主电子使得核自旋难以控制。我们证明，四极相互作用使我们能够有效地调整的核磁共振电离砷捐助者在硅通过应变和确定两个非零元素的S张量连接应变和电场梯度在这种材料中的$S_{11}=1.5\times10^{22}$ V/m $^2$和$S_{44}=6\times 10^{22}$ V/m $^2$。我们发现一个更强的好处动态解耦的相干性的过渡受到一阶四极位移比那些只受到二阶位移和讨论的应用程序的四极物理，包括机械驱动的磁共振，冷却的机械谐振器，应变介导的自旋耦合。
2016-04-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Assessing fidelity-limiting factors and achieving single-qubit gate fidelity beyond 99.999% in driven silicon spin qubits
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS), RIKEN（RIKEN 涌现物质科学中心）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC), RIKEN（RIKEN 量子计算中心）；QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech 和卡弗里纳米科学研究所）
该研究针对硅自旋量子比特受驱相干性波动导致门保真度难以稳定提升的问题，通过移除邻近储层延长$T_{1ρ}$、优化器件与定制脉冲抑制非共振效应，实现了99.99920(2)%的π/2门保真度，明确了保真度限制机制并给出高保真实现方案。
2026-08-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Induced spin-orbit coupling in silicon thin films by bismuth doping
我们证明了在硅（Si）薄膜中掺杂铋（Bi），一种重金属，使用离子注入的自旋轨道耦合的增强。测量了Bi注入前后磷掺杂Si低温电导的量子修正，以探测自旋-轨道耦合的增加，并观察到明显的磁导信号变化：Bi掺杂使磁导从弱局域化转变为弱局域化和弱反局域化之间的交叉。估算了Si中的弹性扩散长度、相位相干长度和自旋轨道耦合长度，发现在2K时，Bi掺杂后的自旋轨道耦合长度（Lso = 54 nm）与相位相干长度（L_（max）= 35 nm）为同一数量级.这从实验上证明了Si薄膜中的自旋-轨道耦合强度可以通过重金属掺杂来调节。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-dipole-induced nuclear electric resonance in silicon
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；International Quantum Academy（国际量子科学院）
本研究理论提出借助超精细相互作用与磁场梯度，在硅中实现电偶极诱导核电共振（EDNER），其强度优于核磁共振，可降低核自旋对电噪声的敏感性，为硅基量子计算提供全电学可寻址控制方案。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Dressed Spin Qubit in Silicon
量子二能级系统的相干修整提供了对具有改进性质的新量子系统的访问-不同且易于调谐的能级分裂、更快的控制和更长的相干时间。在我们的工作中，我们研究了硅中修饰的施主束缚电子自旋的性质，并探讨了其在可扩展架构中作为量子比特的潜力。这两个修饰的自旋极化激元能级构成了一个量子比特，该量子比特可以用振荡磁场、振荡电场、通过对驱动场进行频率调制或通过简单的失谐脉冲来相干地驱动。我们测量了$T_{2ρ}^*=2.4$ ms和$T_{2ρ}^{\rm Hahn}=9$ ms的相干时间，比未修饰的量子位长一个数量级。此外，使用修饰态使得固态自旋能够相干耦合到电场和机械振荡。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vertically-Illuminated, Resonant-Cavity-Enhanced, Graphene-Silicon Schottky Photodetectors
我们报告垂直照明，谐振腔增强，石墨烯硅肖特基光电探测器（PD）工作在1550 nm。这些利用石墨烯-Si界面处的内部光电发射。为了获得光谱选择性并增强响应度，PD与光学腔集成，从而在共振时产生多次反射，并增强石墨烯的吸收。我们的器件具有依赖于波长的光响应，外部（内部）响应度~ 20 mA/W（0.25A/W）。可以通过改变腔谐振波长来进一步调谐光谱选择性。我们的器件为开发用于自由空间光通信、相干光学断层扫描和光雷达的高响应度混合石墨烯-Si自由空间照明PD铺平了道路
2017-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cavity-enhanced measurements of defect spins in silicon carbide
在广泛使用的半导体中识别新的固态缺陷量子位候选者有可能使纳米制造设备用于增强量子位测量和控制操作。特别是，最近发现的碳化硅薄膜中的光学活性自旋态提供了一个可扩展的路线，将缺陷量子位到芯片上的光子器件。在这里，我们演示了使用3C碳化硅光子晶体腔增强色心缺陷自旋系综的激发，以增加测量的光致发光信号计数率，光学检测的磁共振信号强度，和光学自旋初始化率。我们观察到的光致发光和ODMR信号从腔共振激发激发Ky5色心的增加了30倍，并增加了基态自旋初始化率约2倍。此外，我们表明，小的激发模式体积和增强的激发和收集效率提供的结构可以用来研究非均匀加宽缺陷量子位系综。这些结果突出了纳米制造设备为工程设计色心缺陷量子比特的局部光子环境提供的一些好处，以实现量子信息和传感中的应用。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
All-optical formation of coherent dark states of silicon-vacancy spins in diamond
金刚石中的自旋杂质可以成为各种固态量子技术的通用工具，但找到在光子和自旋性质方面都具有足够质量的自旋杂质仍然是这一追求的挑战。硅空位中心由于其自旋可及的光学跃迁和高质量的光谱而引起了人们的广泛兴趣。作为这些性质的补充，自旋相干性对于该中心作为自旋光子量子界面的适用性是必不可少的。在这里，我们报告了利用相干布居俘获在带负电荷的硅空位中心的基态中产生自旋态的相干叠加的全光产生。我们的测量揭示了一个特征的自旋相干时间，T2*，超过250纳秒在4 K。我们进一步研究了声子介导的轨道状态之间的耦合作为不可逆退相干的来源的作用。我们的研究结果表明了利用超快激光脉冲对硅空位自旋进行全光相干控制的可行性。
2014-09-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Valley-enhanced fast relaxation of gate-controlled donor qubits in silicon
界面附近施主电子的栅极控制是基于施主的量子计算的一般成分。在这里，我们解决的问题：如何声子辅助量子位弛豫时间$T_1$的电子之间的施主和界面穿梭的影响？我们专注于“触发器量子位”的例子[Tosi等人，arXiv：1509.08538v1]，定义为硅中磷供体的核态和电子态的组合，当电子在供体和界面之间的中途时，有望实现快速的电控制和长的退相时间。我们从理论上描述了轨道弛豫，触发器弛豫和电子自旋弛豫。我们估计触发器量子位弛豫时间可以是$100 \, μ\text{s}$的量级，比体硅中的施主电子的值短8个数量级，并且比预测的非均匀退相时间（门时间）短（长）几个数量级。所有这三个弛豫过程都受到（i）电子-声子相互作用的非平凡谷结构和（ii）所涉及的电子态的不同谷组成的推动。
2016-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence enhanced quantum-dot heat engine
我们表明，量子相干性可以提高性能的连续量子热机在Lindblad描述。研究了由简并双量子点耦合到两个热浴中构成的粒子交换量子热机的稳态解，其中由于弛豫通道之间的干涉可能导致量子相干性.我们发现，当量子点和两个池之间的耦合构型的对称性被破坏时，非线性响应区域的相干性可以提高发动机的功率。在对称的情况下，相干性不能保持在稳态，除了最大干涉简并的情况下，初始条件依赖的多个稳态出现与暗态。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
On-chip resonantly-driven quantum emitter with enhanced coherence
纳米技术的进步提供了实现用于片上量子信息处理（QIP）的集成量子光学电路的技术。这种设备所需的不可区分的单光子可以通过参数下转换产生，或者从量子发射器如色心和量子点（QD）产生。其中，半导体量子点提供独特的能力，包括按需操作，相干控制，频率调谐和与半导体纳米技术的兼容性。此外，量子点光子的相干性可以在共振荧光（RF）中显著增强，接近激发激光的相干性。然而，由于需要抑制杂散激光光子，在可扩展的片上几何结构中实现QD RF仍然具有挑战性。在这里，我们报告的芯片上的量子点RF耦合到一个单模波导与可忽略不计的共振激光背景，并表明相干性增强相比，非共振激发。该结果为一类新型的集成量子光学器件铺平了道路，用于具有嵌入式共振驱动量子发射器的片上QIP。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin polarization through Intersystem Crossing in the silicon vacancy of silicon carbide
基于碳化硅（SiC）的缺陷对于量子通信、量子信息处理和下一代量子传感器是有希望的，因为它们具有长相干时间、接近电信的频率以及光学和微波跃迁。对于这样的应用，自旋态的有效初始化是必要的。我们开发了一个理论描述的自旋极化过程中使用的硅空位缺陷，这是使光驱动，自旋轨道耦合，并与振动模式的相互作用的组合的系统间交叉。通过使用不同的光盘驱动器，我们分析了两个自旋极化通道。有趣的是，我们发现不同的自旋投影的基态流形可以极化。这项工作有助于理解硅空位的初始化和读出，并解释了一些现有的实验与SiC中的硅空位中心。
2018-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
