Bridge-mediated Donor-Acceptor Effective Coupling: Exact theoretical description
推导了桥介导的供体-受体有效偶联的精确表达式。对于系统所代表的紧束缚哈密顿与最近邻相互作用，我们表明，有效的耦合，等于产品在所有平方的最近邻耦合除以适当的产品的能级间距的本征能的哈密顿。将计算结果与微扰法所得结果进行了比较，指出了微扰法的一些缺点。
2005-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Low-energy excitations in multiple modulation-doped CdTe/(CdMg)Te quantum wells
本研究通过远红外磁透射实验，在调制掺杂多量子阱中观测到二维电子气的回旋共振、二次谐波及磁等离子体模式，并揭示了极化子效应和伯恩斯坦模式。该方法为理解低维电子系统激发提供了实验依据。
2025-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The in-plane anisotropy of the hole $g$ factor in CdTe/(Cd,Mg)Te quantum wells studied by spin-dependent photon echoes
利用双脉冲自旋相关光子回波技术，通过激发施主束缚激子共振，研究了20 nm厚的CdTe/Cd $_{0.76}$ Mg $_{0.24}$ Te单量子阱中空穴的面内自旋各向异性.我们利用光子回波对电子和空穴自旋进动的相对相位的敏感性，研究了各种相互作用对空穴面内自旋性质的影响。发现的主要贡献产生于晶体立方对称性所描述的Luttinger参数$q=0.095$，这是大大大于理论上预期的CdTe或发现在其他量子阱结构。另一个贡献是由量子阱内的应变引起的。在光子回波实验中，当Voigt磁场的强度和方向变化时，这两种贡献表现为自旋进动频率的不同谐波。有效平面内井孔$g$因子的大小在井平面内$|\tilde{g_h}|$ =0.125- 0.160范围内变化。
2020-02-12 cond-mat.mes-hall
Damping of Rabi oscillations in intensity-dependent photon echoes from exciton complexes in a CdTe/(Cd,Mg)Te single quantum well
利用时间分辨光子回波研究了20 nm厚CdTe/（Cd，Mg）Te量子阱中不同激子复合物的相干光响应中的拉比振荡。为了评估激子局域化和非均匀加宽的作用，我们使用光谱窄ps脉冲的选择性激发。我们证明了从局域三振子（X $^-$）和施主束缚激子（D $^0$ X）跃迁的光子回波的瞬态轮廓强烈地依赖于第一脉冲的强度。它获得了非高斯形状，并经历了显着的进步，脉冲面积大于$π$由于不可忽略的不稳定性引起的移相的振荡器在光激发。接下来，我们观察到第一（激发）或第二（重新定相）脉冲的面积的增加导致光子回波信号的显著衰减，这对于中性激子是最强的，并且对于供体结合激子复合物（D $^0$ X）不太明显。测量分析使用的理论模型的基础上的光学布洛赫方程，占光学跃迁的不均匀性，以重现光子回波瞬态的复杂形状。此外，由于聚焦高斯光束的强度的空间变化和激发诱导的失相的拉比频率的传播内的合奏需要解释的衰落和阻尼的拉比振荡。通过分析X $^-$和D $^0$ X复合物的模拟结果，我们能够建立定域度和跃迁偶极矩之间的相关性，确定为$μ($ X $^-$ =73~D和$μ($ D $^0$ X）=58~D。
2017-06-16 cond-mat.mes-hall
Vibrationally-mediated Dzyaloshinskii-Moriya interaction as the origin of Chirality-Induced Spin Selectivity in donor-acceptor molecules
Università di Parma（帕尔马大学）；INFN-Sezione Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部）；INSTM（意大利材料科学与技术研究联盟）；Northwestern University（西北大学）
研究通过低能扭转模式调控跃迁和自旋轨道耦合，产生Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，实现高自旋极化，解释EPR测量中的磁场依赖性并预测非平凡温度依赖性。
2026-04-03 cond-mat.mes-hall
Dispersive cavity-mediated quantum gate between driven dot-donor nuclear spins
针对远距离核自旋量子比特难以实现双量子比特门的问题，理论研究了微波谐振器与混合量子点-供体系统的相互作用，通过驱动补偿频率失配并实现色散耦合，实现了保真度接近90%的核自旋双量子比特门。
2023-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarimetry of photon echo on charged and neutral excitons in CdTe/(Cd,Mg)Te quantum wells
相干光谱学，如四波混频和光子回波生成，通过分析相干响应的偏振，提供了光学跃迁中涉及的能级的详细信息。在半导体中，它可以用于区分不同的激子复合物，这是光谱学中一个非常重要的问题。我们开发了一种简单的方法，基于光子回波偏振，其中的光子回波幅度的极坐标测量作为两个激发脉冲的线性偏振之间的角度$φ$的函数。玫瑰花状极坐标图揭示了半导体纳米结构中中性和带电激子（trion）光学跃迁之间的明显差异。我们在1.5~K温度下对20 nm厚的CdTe/（Cd，Mg）Te量子阱进行了光子回波偏振测量。应用窄带光激发，我们选择性地激发不同的激子复合物，包括激子，trion，和施主束缚激子D $^0$ X。我们发现，偏振的光子回波的trion和D $^0$ X是实质上不同的激子：的trion和D $^0$ X的回波是线性偏振的角度$2φ$相对于第一脉冲偏振和它们的振幅是弱依赖于$φ$。而在激子上，光子回波与第二激发脉冲共偏振，其幅度标度为$\cosφ$。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall
All Optical Implementation of Multi-Spin Entanglement in a Semiconductor Quantum Well
我们使用超快光脉冲和相干技术来创建自旋纠缠态的非相互作用的电子绑定到施主（至少三个）和至少两个Mn 2+离子在CdTe量子阱。我们的方法，依赖于局域激子和顺磁杂质之间的交换相互作用，原则上可以应用于纠缠大量的自旋。
2002-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable Spin Qubit Coupling Mediated by a Multi-Electron Quantum Dot
提出了一种利用多电子、二能级量子点实现电子自旋量子比特纠缠的方法。由点介导的有效交换相互作用可以理解为Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida交换的最简单表现，并且可以通过系统内的能级分裂和隧穿幅度的门电压控制来操纵。这提供了高度的调谐和用于在空间分离的自旋之间实现高保真双量子位门的手段，从而产生了通过混合杂质点系统在硅中耦合施主电子自旋的实验可访问的方法。
2014-02-27 cond-mat.mes-hall
High resolution two-dimensional optical spectroscopy of electron spins
多维相干光谱学是研究复杂量子力学系统最有力的工具之一。虽然它是几十年前在磁共振光谱学中使用微波和无线电波构思的，但最近已扩展到可见光和紫外光谱范围。然而，用超短激光脉冲解决MHz能量分裂仍然是一个挑战。在这里，我们分析了二维傅立叶光谱的共振光激发的本地化trions或施主束缚激子在半导体纳米结构受到横向磁场的居民电子。特别注意的是，拉曼相干光谱，使人们能够准确地评估微小的分裂的电子基态，并确定在电子自旋系综的弛豫时间。由两个激光脉冲的序列引起的受激阶跃状拉曼过程产生基态双重态的相干叠加，由于用第三脉冲选择性地激发相同的子系综，所以只能光学地恢复该相干叠加。这提供了独特的机会来区分不同的复合物，这些复合物在系综中的能量间隔很近。相关的实验演示是基于光子回波测量的n型CdTe/（Cd，Mg）Te量子阱结构的外差技术检测。即使光学跃迁的均匀线宽大两个数量级，施主束缚电子和位于电势波动处的电子的塞曼分裂之间的亚$μ$ eV范围的差异也可以解决。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of single phonon-mediated quantum transport in a silicon single-electron CMOS transistor by RMS noise analysis
我们探讨声子介导的量子输运通过商业CMOS晶体管的电子噪声特性。由于沟道中的单个杂质原子，该器件表现为单电子晶体管。一个低噪声低温CMOS跨导放大器被利用来执行低频率噪声特性的单电子，单施主和单声子制度的同时，否则通过标准的稳定性图不可见。单电子隧穿以及声子介导的功能出现在均方根噪声测量。声子是通过杂质原子的产生-复合现象以高频发射的。声子衰减与低频下的洛伦兹$1/f^2$噪声相关。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall
Quantum Coulomb Blockade in Orbital Resolved Phosphorus Triple-Donor Molecule
Quantum / Nano-science and Technology Lab, Department of Physics, Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔基分校量子/纳米科学与技术实验室物理系）；Research Institute of Electronics, Shizuoka University（静冈大学电子研究所）；Centre of Nanotechnology, Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔基分校纳米技术中心）
该研究通过实验和理论结合，展示了磷三供体分子中量子电荷阻塞对电子填充和轨道配置的影响，为可扩展的量子技术提供了新的见解。
2025-12-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
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
Surface plasmons mediated energy transfer from a semiconductor quantum well to an organic overlayer
我们考虑的共振能量转移从一个二维的Wannier激子（施主）的Frenkel激子的分子晶体覆盖层（受体）时，有源介质被分隔的金属层，可能是一个电极。我们表征了表面等离子体对这一过程的影响。使用现实的材料参数的值，我们表明，它是可能的，以改变传输速率通常在一个因素为5（根据几何配置高达44）。然后，我们考虑到由于与金属的接近而导致的有机发光的猝灭。后者是显着的，并产生负面影响的总内部效率，我们讨论不同的几何形状。
2013-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Analog of the Auger effect in radiative decay of a trion in a quantum well
我们已经分析了X^- trion（激子+电子）衰变的能量学，假设激子和trion是单个二维半导体量子阱的独立激发。第一次，它已被证明，在填充一个井与电子从一个选择性的施主掺杂矩阵，结合能的trion（电子与激子）线性增加的费米能级的位移到深度的c带。这与ZnSe/Zn_（0.89）Mg_（0.11）S_（0.18）Se_（0.82）和CdTe/Cd_（0.7）Mg_（0.3）Te异质结中三电子低温辐射衰减（光致发光）的实验结果一致。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall
All-optical NMR in semiconductors provided by resonant cooling of nuclear spins interacting with electrons in the resonant spin amplification regime
在n掺杂CdTe/（Cd，Mg）Te和ZnSe/（Zn，Mg）Se量子阱中以及在ZnSe：F和GaAs外延层中观察到不同核同位素的光致核磁共振（NMR）共振冷却。通过在共振自旋放大机制中使用时间分辨的克尔旋转，我们可以将可以观察到这种效应的磁场的范围扩展到170 kHz的核拉莫尔频率。从理论上分析了核自旋系统共振冷却的机制。所开发的方法允许我们用NMR共振来模拟共振自旋放大信号。
2014-03-13 cond-mat.mes-hall
Growth and characterization of n-type electron-induced ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As
我们表明，通过引入等电子铁（Fe）磁性杂质和铍（Be）双施主原子到InAs中，它是可能的生长的n型铁磁半导体（FMS）的铁磁性控制能力的Fe和独立的载流子掺杂的低温分子束外延。我们证明，（In，Fe）As掺杂电子的行为作为一个n型电子诱导FMS。这一成果为实现新型自旋器件（如自旋发光二极管或自旋场效应晶体管）开辟了道路，并有助于理解FMS中载流子介导的铁磁性机制。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimisation of electrically-driven multi-donor quantum dot qubits
多施主量子点一直处于Si基量子计算的最新进展的前沿。其中，$2P:1P$量子比特具有内置的偶极矩，能够通过超精细介导的电子偶极自旋共振（EDSR）实现全电自旋操作。全电多施主量子比特的发展需要充分理解其EDSR和相干特性，并结合其基态的多谷特性。在这里，通过引入一个变分的有效质量波函数，我们研究的影响量子比特的几何形状和附近的电荷缺陷的电操作和相干性的$2P:1P$量子比特。我们报告了四项成果：（i）$2P$和$1P$位点之间的超精细相互作用的差异使得能够进行快速EDSR，其中$T_π\sim 10-50$ ns和拉比比$ (T_1/T_π) \sim 10^6$。我们分析了$2P:1P$轴沿[100]、[110]和[111]晶轴排列的量子位，发现当$2P:1P$轴为$\parallel$ [111]时，EDSR时间$T_π$最快，而当$\parallel$轴为$\parallel$ [100]时，拉比比最好。这种差异归因于不同几何形状的$2P$和$1P$之间的波函数重叠的差异。相反，$2P$轴的选择对量子位操作没有可见的影响。(ii)由于附近的电荷缺陷，对随机电报噪声的敏感性强烈依赖于附近缺陷相对于量子比特的位置。对于某些方向的缺陷，随机电报噪声有一个明显的影响失谐和$2P-1P$隧穿，后者诱导门错误。(iii)量子位对$1/f$噪声是鲁棒的，只要它远离电荷反交叉操作。(iv)通…
2022-03-30 cond-mat.mes-hall
Simultaneous High-Fidelity Readout and Strong Coupling for a Donor-Based Spin Qubit
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（科学技术研究局）
本文研究了供体自旋量子比特在超导谐振腔中的高保真读取与强耦合的实现，通过优化隧道耦合平衡强相互作用与长寿命，提出利用 squeezed 输入场缓解实验限制，为可扩展架构提供新路径。
2026-04-23 cond-mat.mes-hall
Spin-Dependent Charge-State Conversion in NV Ensembles Mediated by Electron Tunneling
Australian National University（澳大利亚国立大学）；Monash University（莫纳什大学）；CUNY - City College of New York（纽约市立大学 - 纽约城市学院）；CUNY - Graduate Center（纽约市立大学 - 研究生中心）；Max Plank Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）
研究通过电子隧道效应实现NV色心电荷态转换，利用不同氮浓度的NV集体比较575nm和532nm激发波长，发现575nm激发可使NV0发射随NV-自旋极化变化，提升量子传感灵敏度。
2026-04-14 cond-mat.mes-hall
Zinc Oxide - From Dilute Magnetic Doping to Spin Transport
在过去的几年里，人们对宽带隙II-VI族半导体ZnO重新产生了兴趣，这是由自旋电子学应用的前景所引发的。首先，铁磁性预测稀磁掺杂。通过对ZnO：Co薄膜的宏观和微观性质的综合研究，没有发现载流子介导的巡游铁磁性。相纯，晶体学上优异的ZnO：Co是均匀顺磁性的。当发生相分离或缺陷形成时，由于纳米尺寸的金属沉淀物而产生超顺磁性。其他化合物如ZnO：（Li，Ni）和ZnO：Cu不显示铁磁性。其次，其小的自旋轨道耦合和相应的大自旋相干长度使得ZnO适合于在自旋电子器件中传输或操纵自旋。从光泵/光探针实验，我们发现在低温下，我们归因于绑定到Al施主的电子的顺序为15 ns的自旋退相时间。在全电磁输运测量中，我们成功地创建和检测了一个自旋极化的电子系综，并将此自旋信息传输到几个纳米。我们得出的自旋寿命为2.6 ns的这些巡回自旋在低温下，对应的结果从电泵/光探测实验。
2013-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage control of the long-range p-d exchange coupling in a ferromagnet-semiconductor quantum well hybrid structure
在纳米尺度上对铁磁性进行电压控制对于新型电子器件的发展具有很高的吸引力。在这里，一个关键的挑战是实现和结合低功耗，高运行速度，可靠的可逆性和兼容性与半导体技术。基于铁磁和半导体构建块组装的混合结构在这方面是有吸引力的候选者，因为这样的系统将孤立成分的性质结合在一起：它们有望显示出铁磁体的磁序，并作为半导体进行电调谐。在这里，我们展示了电控制的交换耦合的混合铁磁Co层和半导体碲化镉量子阱，由薄的非磁性（镉，镁）碲屏障分开。交换相互作用的有效磁场达到2.5特斯拉，并且可以通过在异质结构上施加1 V偏压来打开和关闭。这种电场控制的机制本质上不同于传统的概念，在传统的概念中，波函数在空间上重新分布以改变交换相互作用，需要高的场强。在这里，我们解决，而不是控制的新的交换机制，介导的椭圆极化声子发射的铁磁体，即声子交流斯塔克效应。这种耦合的一个基本参数是量子阱中重空穴态和轻空穴态之间的分裂，该分裂可以通过电场诱导的能带弯曲而改变。因此，分裂可以调谐相对于磁振子声子共振能量的铁磁体，导致最大的耦合平带条件。我们的研究结果表明，在相当温和的电场强度的混合半导体纳米结构的电控交换耦合的可行性。
2018-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Dynamic Polarization of Phosphorus Nuclei in Silicon in Strong Magnetic Fields and Low Temperatures
我们证明了硅中磷施主的动态核极化（DNP）在磁场为4.6 T和温度低于1 K时是非常有效的。DNP的发生是由于通过禁止触发器或触发器跃迁的交叉弛豫后的Overhauser效应。在用0.4 $μ$ W的微波功率泵浦20分钟后达到核极化值$P>0.98$。我们评估了在2小时的泵浦后，超精细态布居的比率增加了三个数量级，并且可以创建包含另一个自旋态的$<10^{-11}$的极纯核自旋系统。通过抽运P的低场ESR谱线，然后进行翻转交叉弛豫，得到了反转的DNP。这种转变具有小得多的弛豫速率，并且需要相当长的泵送时间。我们发现，核极化动力学大大偏离一个简单的指数函数。极化的演化由两个时间常数$T^{'}_{ac}\approx$ 15 s和$T^{"}_{ac}\approx$ 1100 s表征。研究了$^{31}$ P的核弛豫速率的温度依赖性，直到0.75 K，低于该温度，弛豫时间变得太长而无法测量。在弛豫过程中，核极化遵循双指数时间依赖关系。我们认为，非指数行为的DNP动力学和随后的弛豫介导的$^{29}$ Si周围的$^{31}$ P施主的核，这影响了禁止交叉弛豫过程的跃迁几率。
2014-05-05 cond-mat.mes-hall
An electrically-driven single-atom `flip-flop' qubit
原子和类原子系统的自旋是存储量子信息的最相干的对象之一。然而，需要使用振荡磁场来解决它们阻碍了它们与量子电子器件的集成。在这里，我们通过操作硅中的单原子“触发器”量子比特来绕过这个障碍，其中量子信息被编码在磷供体的电子核状态中。量子位是使用在金属氧化物半导体器件内产生的微波频率下的局部电场来控制的。电驱动是由电子-核超精细耦合的调制介导的，这种方法可以扩展到许多其他原子和分子系统。这些结果为固态量子处理器的构建铺平了道路，在固态量子处理器中，仅使用局部电场就可以控制密集的原子阵列。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin polarization, dephasing and photoinduced spin diffusion in (110)-grown two-dimensional electron systems
本文研究了几种高迁移率二维电子系统的光诱导自旋极化、自旋退相和扩散，这些电子系统是嵌入在（110）取向衬底上生长的GaAs量子阱中。实验技术包括双光束磁光光谱系统和偏振分辨光致发光。在液氦温度下的弱激发条件下，我们观察到自旋寿命超过100纳秒，在我们的样品之一，这是减少与增加的激发密度，由于额外的，空穴介导的，自旋退相。自旋动力学的强烈影响的载流子密度和电离的远程捐助者，这可以通过温度和上述障碍照明控制。样品中平均电子自旋极化的绝对值在圆极化激发下收集的光致发光的圆极化中是直接可观察到的，并且达到约5%的值。在显微光谱实验中，通过改变泵浦光和探测光之间的距离来研究自旋扩散。我们观察到的扩散长度超过100 $μ$米，在高激发强度，非单调依赖的自旋极化的泵浦-探测距离。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall
Semiconductor Spin Qubits
本文系统综述了半导体自旋量子比特的物理原理，涵盖GaAs、Si和Ge平台中四类主要自旋量子比特的初始化、控制、读出、交换相互作用、噪声影响及与超导腔的混合集成，并展望了其未来发展方向。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Cavity-assisted dynamic nuclear polarisation
ENS de Lyon, CNRS, LPENSL（里昂高等师范学院，法国国家科学研究中心，低压与纳米结构物理实验室）；Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC（巴黎萨克雷大学，法国原子能和替代能源委员会，法国国家科学研究中心，物质科学研究中心）
本研究提出基于腔的动态核极化机制，在同位素纯化硅的铋施主自旋系综上实现，经多循环累积核自旋极化达4.6±0.2倍，为毫开尔文温度下的可行极化机制。
2026-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering long spin coherence times of spin-orbit systems
自旋-轨道耦合从根本上改变了自旋量子位，打开了通过由电场、光子或声子介导的长距离耦合来提高量子计算机的可扩展性的途径。它还允许新的工程混合和拓扑量子系统。然而，具有固有自旋-轨道耦合的自旋量子位由于其短（$\sim1~μ$ s）相干时间$T_2$而对于量子技术尚不可行，而具有长$T_2$的量子位具有弱自旋-轨道耦合，使得量子位耦合短范围并且对于放大具有挑战性。在这里，我们表明，一个内在的自旋-轨道耦合“广义自旋”与总角动量$J=\tfrac{3}{2}$，这是由绑定到应变$^{28}\mathrm{Si}$中的硼掺杂剂原子的空穴定义，具有$T_2$抗衡电子自旋的施主和量子点在$^{28}\mathrm{Si}$。利用脉冲电子顺磁共振，我们得到了$0.9~\mathrm{ms}$ Hahn-echo和$9~\mathrm{ms}$的动态退耦$T_2$时间，其中应变起着关键作用，以减少自旋晶格弛豫和纵向电耦合负责退相干由电场噪声.我们的分析表明，横向电偶极子可以用于电操纵和量子比特耦合，同时保持弱的纵向耦合，一个功能的$J=\tfrac{3}{2}$原子系统与应变工程四极自由度。这些结果建立了硅中的单原子空穴自旋，其具有量子化的总角动量，而不是自旋，作为具有可调谐的内在自旋轨道耦合的高度相干平台，有利于构建人工量子系统和长距离耦合量子比特。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
