Well-defined Fano effect in the Andreev reflection process of a parallel double-quantum-dot structure
研究了平行双量子点结构中的Andreev反射，考虑了一个金属铅和一个$s$波超导体同时耦合到量子点。研究发现，在Andreev反射的线性电导谱中，Fano线形有机会出现，通过调节点能级或局部磁通量，可以使其反转。然而，与正常的电子隧穿情况相比，Fano效应的性质非常复杂。这表现为线性电导表达式的特殊Fano形式和Feynman路径之间的干涉方式。我们相信，这项工作将有助于理解Andreev反射过程中的Fano干涉。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall
Spin Coherent Manipulation in Josephson Weak Links
基于半导体纳米线结合电路QED技术的约瑟夫森弱链接的新设计已经能够解决由于自旋轨道相互作用而导致的精细结构，从而打开了通往Andreev自旋量子位的道路。尽管如此，在一个给定的Andreev状态的自旋的直接操纵一般被抑制相比，在塞曼效应的情况下的双重操纵。此外，嘈杂的自旋翻转机制限制了任何相干操纵协议，以自旋后选择。我们提出了一个类似于边带冷却的自旋极化协议与受激拉曼绝热通道专门为这些系统量身定制的组合。我们表明，这种方法是强大的大范围的设计参数，包括目前相当严格的相干时间。
2020-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Andreev bound-state optoelectronics: absorption spectroscopy and microwave-to-optical transduction
Joint Quantum Institute, University of Maryland（马里兰大学联合量子研究所）；City College of the City University of New York（纽约市立学院）；Graduate Center of City University of New York（纽约市立大学研究生中心）；Condensed Matter Theory Center and Joint Quantum Institute, Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系凝聚态理论中心与联合量子研究所）
本文提出了一种光-安德里耶夫相互作用模型，展示了安德里耶夫束缚态作为光-微波转换器的应用潜力。
2026-09-28 cond-mat.mes-hall
Direct manipulation of a superconducting spin qubit strongly coupled to a transmon qubit
本研究利用量子点约瑟夫森结的自旋分裂双重基态，实现超导自旋量子比特的直接操控，并通过嵌入transmon量子比特展示强耦合，为混合量子计算架构奠定基础。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Andreev spin qubits in multichannel Rashba nanowires
理论分析了超导体-纳米线-超导体约瑟夫森结中的Andreev束缚态及其与外辐射的耦合。我们提供了一个有效的哈密顿结投影到Andreev能级子空间，并将纳米线多通道结构，Rashba自旋轨道耦合，和塞曼场的影响。基于这个有效的模型，我们调查的Andreev水平和当前运营商的矩阵元素对系统参数，如化学势，纳米线的尺寸和正常传输的依赖性。我们表明，多通道结构和自旋轨道耦合的综合效应引起有限的电流矩阵元之间的奇数状态具有不同的自旋极化。此外，我们的分析结果允许确定合适的参数范围内的检测之间的过渡，以及奇数状态的电路QED类实验，这可能会提供一种方式的Andreev自旋量子比特操纵。
2017-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Spin-orbit splitting of Andreev states revealed by microwave spectroscopy
我们已经进行了微波光谱学的Andreev状态在超导弱链接定制的InAs-Al（核-全壳）外延生长的纳米线。光谱呈现出鲜明的特点，与束的四条线交叉时，超导相位差的弱连接是0或$π.$我们解释这些所产生的零场自旋分裂Andreev状态。一个简单的分析模型，考虑到Rashba自旋轨道相互作用的纳米线包含几个横向子带，解释了这些功能和它们的演变与磁场。我们的研究结果表明，自旋自由度是可寻址的约瑟夫森结，并构成了第一步走向其操纵。
2018-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Overlapping Andreev states in semiconducting nanowires: competition of 1D and 3D propagation
最近提出的具有重叠Andreev束缚态（ABS）的器件的建议开辟了控制和微调其光谱的机会，可以用于各种应用。在这篇文章中，我们研究了由三个超导导线覆盖的半导体纳米线组成的器件中的ABS。ABS形成在导线未被覆盖的两个连接处。它们在电子传播为1D的导线中重叠，在传播为3D的导线中重叠。我们确定了一些制度，其中这两个重叠占主导地位或竞争，这取决于结分离$L$相比，相关长度$ξ_{\rm w}$，$ξ_{\rm s}$在电线和铅，分别。我们利用一个简单的一维电子光谱模型的纳米线，并考虑到纳米线和超导导线之间的接触质量。我们提出了不同的$L$的光谱，详细介绍了从一个单一的ABS在强1D杂交的政权过渡到两个几乎独立的ABS在简并点杂交，在弱1D杂交的政权。我们提出的细节合并上ABS与连续谱后，减少$L$。我们详细研究了量子干涉的效果，由于在结之间的电子通道的相位积累。我们发展了一个微扰理论的杂交分析处理。我们解决一个有趣的完全透明的交界处单独的情况下。我们推导出并证明了适合于竞争制度的扰动理论，证明了1D和两个3D传输幅度的干扰。
2019-12-21 cond-mat.mes-hall
Direct microwave measurement of Andreev-bound-state dynamics in a proximitized semiconducting nanowire
现代对介观器件中约瑟夫森效应的理解来自安德烈耶夫束缚态的物理学，费米模式局限于超导弱连接中。最近，利用半导体纳米线构建的约瑟夫森结实现了具有门可调约瑟夫森能量的超导量子比特。我们已经使用了微波电路QED架构来检测Andreev束缚态在这样一个门可调结的基础上的铝proximitized InAs纳米线。我们演示了这些束缚态的相干操纵，并实时跟踪束缚态费米子宇称。由于非平衡准粒子的个别宇称切换事件观察到的特征时间尺度$T_\mathrm{parity} = 160\pm 10~\mathrm{μs}$。拓扑纳米线结的$T_\mathrm{parity}$设定了控制马约拉纳束缚态所需带宽的下限。
2017-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Microwave spectroscopy of interacting Andreev spins
本研究利用磁通可调超导电路在强磁场中对InAs/Al纳米线Josephson结中的自旋极化Andreev态进行微波谱学分析，揭示了由交换作用分裂的单态与三重态，实现了单准粒子自旋翻转跃迁，并测量到高达约0.7π的反常相移。
2022-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Spectroscopy of spin-split Andreev levels in a quantum dot with superconducting leads
本研究利用混合超导-半导体transmon器件，对含未配对准粒子的自旋1/2量子点约瑟夫森结进行光谱学测量，揭示了自旋轨道耦合导致的磁通敏感分支及反常约瑟夫森效应，并通过全电学控制实现自旋翻转跃迁，为安德烈夫自旋量子比特的实现奠定基础。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Spin-Weyl quantum unit: theoretical proposal
我们提出了一个可以在超导异质结构中实现的四态量子系统或量子单元。该单元结合了自旋和Andreev量子位的状态，提供了它们状态的量子叠加的机会。该功能通过容纳Weyl点的4端超导异质结构与量子点之间的隧道耦合来实现。外尔点附近的量子态对超导相的微小变化非常敏感，这为量子操纵提供了机会。我们建立了一个有效的哈密顿量的设置和描述所产生的频谱的特点。我们专注于4态子空间，并解释如何在此设置中制作双量子位。我们回顾了在该单元中实现量子操纵的各种方法，包括共振、绝热、非绝热操纵及其组合。我们提供了设计任意量子门的单元中的详细说明。
2020-08-13 cond-mat.mes-hall
Energy distribution controlled ballistic Josephson junction
本文报道了通过在横向正常沟道上施加控制电压来调谐弹道式石墨烯基约瑟夫森结中超电流的实验研究。在这种四端几何结构中，控制电压改变约瑟夫森结中Andreev态的占据，从而调节超电流的大小。作为栅极电压的函数，我们发现两个不同的制度，其特征在于由双台阶分布和热电子分布，分别。我们的工作为设计可调谐超导量子线路的高度可控约瑟夫森结提供了新的机会。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall
Interference of chiral Andreev edge states
本文研究了整数量子霍尔绝缘体与s波超导体界面处的手性Andreev边缘态，发现其干涉可将入射电子转换为电子或空穴，证明其可在较长距离传播和干涉，为相干操控提供了可能。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Single fermion manipulation via superconducting phase differences in multiterminal Josephson junctions
我们展示了如何超导相位差在约瑟夫森结可能被用来分裂的Kramers简并的能级，并删除所有的属性与时间反演对称性。已知超导相位差在两端短约瑟夫森结中是无效的，其中无论结结构如何，诱导的Kramers简并分裂都被抑制，并且基态费米子宇称必须保持均匀，使得受保护的零能量Andreev能级交叉可能永远不会出现。我们的主要结果是，这些限制可以完全避免使用多端约瑟夫森结。在那里，Kramers简并破缺变得与超导能隙相当，并且施加相位差可能导致基态费米子宇称从偶变到奇。我们证明了费米子宇称开关出现的必要条件是在结中存在“离散涡旋”：超导导线的相位绕$2π$的情况。我们的方法提供了新的策略，创造马约拉纳束缚态以及自旋操纵。我们的建议可以使用任何低密度，高自旋轨道材料，如InAs量子阱，并可以使用标准工具检测。
2014-10-30 cond-mat.mes-hall
Dephasing and leakage dynamics of noisy Majorana-based qubits: Topological versus Andreev
拓扑量子计算通过使由距离$L$分离的非阿贝尔任意子成核来非局部地编码量子信息，通常跨越量子比特设备大小。这种非定域性使得拓扑量子位指数地免疫于来自所有经典噪声源的退相，其中算子支持局部在$L$的尺度上。我们进行详细的分析和数值分析的时域拉姆齐型协议的噪声马约拉纳为基础的量子位，旨在验证这种令人垂涎的拓扑保护在近期的设备，如所谓的'tetron'设计。通过评估失相时间对可调参数的依赖性，例如，磁场，我们提出的协议可以清楚地区分一个真正的马约拉纳量子比特从一个半局域Andreev束缚态，否则可以密切模仿真实的拓扑场景中的本地探针。此外，我们分析了泄漏的量子位出其低能量流形由于经典噪声引起的准粒子激发的产生;泄漏限制量子位的寿命时，大量的差距崩溃，因此我们的协议进一步揭示了发病的拓扑相变。这个实验需要测量两个附近的马约拉纳模式的初始化和读出-可实现的，例如，通过隧道耦合到附近的量子点-但没有进一步的马约拉纳操作，因此构成了一个诱人的预编织实验。在此过程中，我们解决了在讨论Majorana量子位的背景下的失相和泄漏时遇到的概念上的微妙之处。
2019-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Andreev bound states and supercurrent in an unconventional superconductor-altermagnetic Josephson junction
本文研究了含交变磁体的d波超导约瑟夫森结中安德烈夫束缚态与超流特性，揭示了节点谱、π位移及非正弦电流-相位关系，并展示通过调节AM层参数可调控零超流相位差。
2025-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Photon-mediated long range coupling of two Andreev level qubits
研究通过新型超导微波腔耦合器中的微波光子，实现了两个 Andreev 能级量子比特（ALQs）间的相干远程耦合，并在六毫米距离上验证了高度纠缠态，确立了ALQs作为紧凑可扩展固态量子比特的地位。
2023-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Magnetoelectrically-Tunable Andreev-Bound-State Spectra and Spin Polarization in P-Wave Josephson Junctions
我们演示了如何边界驱动的超导序参量的重建可以用来操纵零能量马约拉纳束缚态（MBS）发生在拓扑约瑟夫森结。我们研究了两个p波超导体的界面，用自旋矢量序参量$\bf{d}$来描述。除了灵敏度的$\bf{d}$外部塞曼/交换领域，在这里，我们表明，整个结的方向$\bf{d}$可以通过电门控弱链接。这个球的显著局部特征是序参量的边缘重构的表现，每当每个超导体中不同的$\bf{d}$ -矢量组态竞争并且能量接近时，序参量的边缘重构就会发生。因此，跨结的自旋相关超导相位差可从$0$切换到$π$。此外，在制度中，多个边缘MBSs发生每个超导体，Andreev束缚态（ABS）光谱可以扭曲的应用程序的电荷或自旋相位差跨越界面，并引起丰富多样的非标准ABS分散体。有趣的是，这些分散体中的一些显示出受费米子宇称保护的带交叉，尽管它们具有$2π$周期性。这些交叉点还解锁了合成空间中的非平凡拓扑的可能性，当考虑这样的1D路口的网络。最后，界面MBSs在结附近诱导出明显的电子自旋极化，其具有特征性的空间图案，允许使用自旋极化扫描隧道显微镜检测MBSs。这些发现揭示了ABS工程机制的新途径，并为MBS的实验检测和操作提供了相关的特征。
2019-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Circuit-QED with phase-biased Josephson weak links
通过将超导弱连接耦合到微波谐振器，最近的实验探测了光谱，并实现了各种系统中Andreev态的量子操纵。然而，共振器的响应变化的Andreev能级，这是费米性质的占用的定量理解，是失踪。在这里，使用Bogoliubov-德Gennes形式主义来描述的弱链接和一般配方的耦合到谐振器，我们计算的位移的谐振器频率作为一个函数的水平占有率和描述如何过渡诱导相或电场微波驱动器。我们应用这种形式主义来分析最近的实验结果，超导原子接触和半导体纳米线约瑟夫森结使用电路QED技术。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Manipulation of Cooper pair entanglement in hybrid topological Josephson junctions
在这项工作中，我们研究了混合拓扑约瑟夫森结中的超导电流，该结由两个平面的拓扑绝缘体（TI）在一个特定的配置，它允许本地（LAR）和交叉（CAR）Andreev过程在两个传统的s波超导体的界面。我们描述的栅极电压和磁通量控制施加到每个TI的边缘状态的影响。特别是，我们证明了电压门控允许操纵的纠缠对称性的非本地库珀对相关的CAR过程。我们建立了系统的约瑟夫森电流相位关系和两个外场的作用之间的连接，发现它们选择性地修改LAR或CAR的贡献。值得注意的是，我们发现，结的临界电流采取一个非常简单的形式，它反映了发生在纠缠态的对称性的变化，并允许确定结的微观参数。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Spin-current manipulation of photoinduced magnetization dynamics in heavy metal / ferromagnet double layer based nanostructures
自旋电流提供了一种控制静态和动态磁特性的方法，因此它们对于下一代MRAM器件或自旋扭矩振荡器至关重要。在光磁效应的背景下，操纵动力学是特别有趣的。在典型的$3d$过渡金属铁磁体如CoFeB中，光致磁化动力学的寿命被限制为大约1 ns，这例如强烈限制了利用磁振子晶体滤波装置中的波性质的机会。在这里，我们调查的潜在的自旋电流，以增加自旋波寿命的功能双层系统，由重金属（8纳米的$β$ -钽（铂））和5纳米CoFeB。由于自旋霍尔效应，当横向充电电流通过条带时，重金属层产生横向自旋电流。利用时间分辨的全光泵浦探测光谱，我们研究了这种自旋电流如何影响相邻CoFeB层的磁化动力学。我们观察到一个线性的自旋电流操纵的有效吉尔伯特阻尼参数的Kittel模式，我们能够确定系统的自旋霍尔角。此外，我们测量的自旋电流的高频模式的强烈影响。我们解释这种模式的交换占主导地位的高阶自旋波共振。因此，我们推断出强烈的依赖性的交换常数的自旋电流。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall
Lifetime of Majorana qubits in Rashba nanowires with non-uniform chemical potential
我们研究的拓扑量子比特的寿命的基础上马约拉纳束缚态托管在一维Rashba纳米线（NW）与邻近诱导的超导性和非均匀的化学势所需的操作和读出。如果附近的门局部地调整化学势，使得NW的一部分处于平凡相，则可以出现Andreev束缚态（ABS），其位于拓扑相和平凡相之间的界面处，能量显著小于间隙。这种亚能隙态的出现强烈地降低了有限温度下的马约拉纳量子比特的寿命，这是由于局部扰动可以激发系统进入这些ABS。使用Keldysh形式主义，我们研究了这样的激发引起的波动电荷在电容耦合门和计算相应的马约拉纳寿命由于热噪声，这是远远短于那些在纳米线均匀的化学势。
2018-07-20 cond-mat.mes-hall
Simple model for electrical hole spin manipulation in semiconductor quantum dots: Impact of dot material and orientation
我们分析了一个典型的粒子在一个盒子模型的空穴自旋量子比特。该量子点受到静磁场和电场以及射频电场的作用，射频电场由于自旋轨道耦合而驱动拉比振荡。我们推导了拉比频率的方程，在这种情况下，拉比振荡主要是由量子比特态和附近单个激发态之间的耦合引起的。这一制度已被证明占主导地位，例如，薄绝缘体上硅纳米线中空穴自旋量子比特拉比频率的方程突出了控制拉比振荡的参数。特别是，我们表明，（001）衬底上的[110]取向的点比[001]取向的点表现得更好，因为它们最好地利用了主体材料的价带的各向异性。我们还得出结论，硅提供了最好的机会，快速拉比振荡在这个制度，尽管小的自旋轨道耦合。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ge/Si nanowire mesoscopic Josephson junctions
纳米线（NW）的尺寸与费米波长的载流子的可控生长允许量子限制现象的基础研究。在这里，我们目前的研究在未掺杂的Ge/Si核/壳NW异质结构的超导导线接触的邻近诱导的超导性。通过使用顶部栅电极来调制NW中的载流子密度，可以将临界超电流从零调谐到大于100 nA。此外，离散的子带中形成的NW由于在径向方向上的限制，这导致在逐步增加的临界电流作为栅极电压的函数。对这些超导体-NW-超导体器件的传输测量揭示了高阶（n = 25）共振多重Andreev反射，表明NW通道是平滑的，并且电荷传输是高度相干的。在超导体-超导体混合纳米结构中产生和控制相干超导有序态的能力为基础低维超导性的研究提供了新的机会。
2006-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective quantum spin systems with ion traps
我们证明了由囚禁离子与激光相互作用组成的物理系统可以经历丰富多样的量子相变。通过改变激光强度和偏振，可以控制离子内部状态的动力学，从而在有效自旋之间诱导伊辛或海森堡样相互作用。我们的计划使我们能够建立一个类似的量子模拟器自旋系统与囚禁离子，观察和分析量子相变的测量和操纵的自旋前所未有的机会。
2004-01-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hole Spin Mixing in InAs Quantum Dot Molecules
单InAs量子点中的空穴是近年来出现的一种很有前途的量子信息存储和处理系统。这些空穴通常被假设为只有重空穴的特征，并进一步假设在正交重空穴自旋投影之间没有混合（在没有横向磁场的情况下）。相同的假设已经应用于由两个堆叠的InAs量子点形成的InAs量子点分子，所述两个堆叠的InAs量子点通过两个点之间的空穴的相干隧穿耦合。我们提出了通过磁光致发光光谱在此类InAs量子点分子上获得的空穴自旋混合项存在的实验证据。我们使用Luttinger旋量模型来解释这个孔自旋混合项的物理起源：沿着堆叠方向的点的不对准打破了角对称性，并允许通过旋量的光孔分量进行混合。我们讨论了这种新的自旋混合机制可能提供新的自旋操纵的机会，是独特的洞。
2009-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically driven ultrafast magnetic order transitions in two-dimensional ferrimagnets
激光诱导磁性材料中自旋的开关和操纵对于以最快的速度和最小的功耗彻底改变未来的磁存储技术和自旋电子学具有极大的兴趣。受最近发现的本征二维（2D）磁体的启发，这为探索2D极限下光控磁性的新现象提供了独特的平台，我们提出实现光可以在早期有效地调节2D亚铁磁体的磁性。本文以二维亚铁磁MXene为原型系统，利用实时密度泛函理论（TDDFT）模拟表明，激光脉冲可以在几飞秒内直接诱导两个磁性亚晶格之间的超快自旋选择性电荷转移，并进一步导致这些MXene的磁结构发生剧烈变化，包括从亚铁磁（FiM）到瞬变铁磁（FM）的磁序转变.支撑MXenes中磁序的这种超快切换的微观机制由光致位间自旋转移（OISTR）效应控制，这在理论上使得能够对MXenes基材料中的磁态进行超快直接光学操纵。我们的研究结果为光学操纵2D磁体中的自旋提供了新的机会。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Topological phase transitions in the photonic spin Hall effect
最近合成的二维交错材料开辟了新兴的机会，研究光学自旋轨道相互作用的半导体类狄拉克系统。我们揭示了石墨烯家族材料中光子自旋霍尔效应的拓扑相变。结果表明，外部静态电场和高频圆偏振激光允许主动按需操纵的电磁光束移位。光的自旋霍尔效应表现出与辐射自由度、材料性质的丰富依赖性，并具有非平凡的拓扑性质。我们发现，光子霍尔位移是敏感的自旋和谷特性的电荷载流子，提供了一个前所未有的途径，研究自旋电子学和谷电子交错的二维半导体。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
