Charge Detection in Phosphorus-doped Silicon Double Quantum Dots
我们报道了电连接到电子库的简并掺磷硅双量子点（DQD）中的电荷检测。感测装置是在DQD附近图案化的单电子晶体管（SET）。在4.2K下进行的测量显示了当水库的电势被扫过时，探测器电流中的库仑阻塞振荡的阶跃状行为和移位。通过一个经典的电容模型，我们表明，所观察到的功能可以用来检测单电子隧道从，到和内的DQD，以及揭示DQD的电荷占有。
2010-08-09 cond-mat.mes-hall
Nitrogen in Silicon for Room Temperature Single Electron Tunneling Devices
单电子晶体管（SET）是一种先进的量子器件开发工具。这种装置在室温下工作对于实际应用是必不可少的。基于掺杂剂的单电子器件在低温下得到了很好的研究，尽管少数器件被开发用于具有某些限制的高温操作。在这里，我们提出并从理论上证明了硅中的氮（N）施主是有效设计此类器件的重要候选者。用半经验密度泛函理论计算态密度表明，硅中的N施主比磷施主具有更深的基态。在纳米硅中探索N-施主光谱以及P-施主。本文还报道了N施主和P施主的玻尔半径的比较数据。模拟的电流-电压特性证实了N掺杂的器件更适合于室温下的SET操作。
2023-01-27 cond-mat.mes-hall
Scaling theory put into practice: first-principles modeling of transport in doped silicon nanowires
将标度理论和普适电导涨落的思想与密度泛函理论相结合，分析了掺杂硅纳米线的电导特性。具体而言，我们研究了从弹道的交叉扩散输运在硼（B）或磷（P）掺杂的硅纳米线通过计算平均自由程，样品平均电导<G>，和样品到样品的变化std（G）作为能量，掺杂密度，线长，和径向掺杂剂的分布的函数。我们的主要发现是：（i）的主要趋势可以定量预测的基础上的散射特性的单一掺杂剂;（ii）样品到样品的波动依赖于能量，但不掺杂密度，从而显示出一定程度的普遍性，和（iii）在扩散制度的DMPK理论的分析预测是在良好的协议与我们的从头计算。
2007-06-26 cond-mat.mes-hall
A Dynamically Configurable Silicon Nanowire Field Effect Transistor based on Electrically Doped Source/Drain
在本文中，我们提出了一种可配置的场效应晶体管（FET），其中不仅极性（n型和p型），而且FET的导电机制也可以动态配置。因此，我们可以拥有两种类型的器件，高性能MOSFET和低功耗TFET，用于计算和功耗高效的片上系统（SoC）产品。校准后的3D-TCAD仿真结果验证了可配置FET的特性和功能，并与静态常规MOSFET（或TFET）显示出良好的一致性。
2014-12-16 cond-mat.mes-hall
Room temperature magneto-optic effect in silicon light-emitting diodes
在弱自旋-轨道耦合材料中，复合的自旋选择性性质可以引起大的磁场效应，例如对分子半导体的电致发光。虽然硅具有弱的自旋-轨道耦合，但由于硅的间接带隙导致的发射效率低下，以及难以将自旋相关现象与经典磁阻效应分离，因此通过磁致发光观察自旋相关复合是具有挑战性的。在这里，我们克服了这些挑战，测量磁致发光硅发光二极管制造通过气体浸没激光掺杂。这些器件使我们能够实现有效的发射，同时保持一个明确的几何形状，从而抑制经典的磁阻效应到百分之几。我们发现，电致发光可以增强高达300\%，在室温附近的7特斯拉的磁场显示的自旋自由度的控制可以有很大的影响硅LED的效率。
2017-11-07 cond-mat.mes-hall
Intrinsic and doped coupled quantum dots created by local modulation of implantation in a silicon nanowire
我们提出了一个系统的研究各种方法（顶栅，局部掺杂，衬底偏置），以制造和调整多点结构的硅纳米线多栅MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。硅纳米线的载流子浓度分布是控制隧道势垒和单电子岛形成的关键参数。它由纳米线的掺杂分布和施加到顶栅和衬底的电压两者确定。局部掺杂是通过实现多达两个砷注入步骤，结合栅极和氮化物间隔物作为掩模来实现的。我们比较名义上相同的设备与不同的approtations和不同的电压施加到基板上，导致实现的本征和掺杂耦合点结构。我们展示了所有的隧道电阻对电极和点之间的设备，可以独立地调整与控制顶栅包裹硅纳米线。
2011-05-02 cond-mat.mes-hall
Experimental observation of nanoscale radiative heat flow due to surface plasmons in graphene and doped silicon
由于其二维电子结构，石墨烯表现出许多独特的性质。其中之一是在红外范围内的波矢量和温度依赖的等离子体。理论预测，由于这些等离子体激元，石墨烯可以用作通用材料，以增强任何介电衬底的纳米级辐射热交换。在这里，我们报告之间的辐射传热实验SiC和SiO2球具有非匹配的声子极化激元频率，因此只有弱的近场热交换。我们观察到，在SiC上外延生长的石墨烯的热通量贡献在短距离处占主导地位。等离子体激元对辐射传热的影响进一步支持与掺杂硅的测量。这些结果突出了石墨烯在光子近场和能量转换器件中的强大潜力。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall
Insigths into the tribochemistry of silicon-doped carbon based films by ab initio analysis of water/surface interactions
金刚石和类金刚石碳（DLC）被用作从生物医学到摩擦学等众多应用的涂层材料。近年来，研究表明硅掺杂可以提高碳膜的亲水性，从而大大改善其生物相容性和摩擦性能。尽管这些性能与应用相关，但仍然缺乏对硅影响的微观理解。在这里，我们应用从头计算研究水分子与Si掺入的C（001）表面的相互作用。我们发现，硅掺杂剂的存在下，大大增加了水的化学吸附的能量增益，并降低了超过50%的水解离的能量势垒。通过对吸附时电荷位移的分析，给出了这一现象的物理依据。我们还表明，一旦羟基化，表面能够通过氢键网络与更多的水分子结合，比清洁表面强得多。这两个步骤的过程是一致的，并可以解释增强的亲水性观察到的硅掺杂的碳基薄膜。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall
Coherent control of single spins in silicon carbide at room temperature
固体中的自旋是量子自旋电子学的基石。领先的竞争者，如钻石中的缺陷，或硅中的个别磷掺杂剂，已经显示出惊人的进展，但要么错过了既定的纳米技术或有效的自旋光子界面。碳化硅（SiC）结合了两种系统的优点：它具有大的带隙和深缺陷，并受益于成熟的制造技术。在这里，我们报告的光致发光和光学自旋极化的SiC中的单硅空位的表征，并证明，单自旋可以在室温下解决。我们展示了单个缺陷自旋的相干控制，并在环境条件下发现了长自旋相干时间。我们的研究提供了证据，SiC是一个有前途的系统，原子尺度的自旋电子学和量子技术。
2014-10-31 cond-mat.mes-hall
Quantum conductance of silicon-doped carbon wire nanojunctions
研究了碳导线与硅掺杂碳导线之间的纳米结的量子电导。这是通过适当的推广相场匹配理论的多散射过程中的电子激发在纳米结，并使用紧束缚方法。我们计算的碳，硅和双原子碳化硅的电子能带结构，匹配与可用的相应的密度泛函理论的结果，以优化所需的紧束缚参数。硅原子和碳原子被同等对待，用它们各自对应的轨道来表征。分析了几种类型的纳米结，以在不同的原子配置下对其行为进行采样。我们计算每个纳米结的传播$σ$，$π$，和$σ^{*}$电子从碳引线入射的量子电导的个人贡献。计算结果显示了一些显着的功能，其中包括硅-碳对的有序周期性配置的影响，和抑制的量子电导由于最小的替代无序和人工组织的对称性对这些纳米结。我们的结果也表明，相位场匹配理论是一个有效的工具，处理复杂的分子纳米结的量子电导。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall
Engineering single donor detectors in doped silicon
我们证明了工程的可能性，直接从磷掺杂的量子点的结构，以及复杂的电子动力学在冷却过程中的固有玻璃态行为的使用的单施主晶体管。在低温和磁场中的器件的表征表明，单施主可以在隧道势垒之一附近被静电隔离，具有单或双占据。基于电容的模拟很好地支持了这样的模型。通过观察邻近的电容耦合的半连接双量子点的电荷稳定性图，证明了利用这种孤立施主的D0作为电荷检测器的能力。
2022-09-01 cond-mat.mes-hall
Room Temperature Exciton-Polariton Condensation in Silicon Metasurfaces Emerging from Bound States in the Continuum
本研究首次在室温下通过有机苝染料激子与硅超构表面长寿命连续域束缚态的强耦合，实现了激子-极化激元凝聚，其凝聚阈值比同类弱耦合体系的激光阈值低一个数量级。
2023-03-26 cond-mat.mes-hall
Room Temperature Microsecond Coherence of Silicon Dangling Bonds
本文通过密度泛函理论与多频脉冲电检测磁共振谱结合，发现氢化非晶硅中悬挂键俘获电子后形成魔角状准二维亚稳态自旋对，将室温自旋相干时间延长至微秒级，为硅基量子传感奠定基础。
2024-02-26 cond-mat.mes-hall
High Current Density Vertical Tunneling Transistors from Graphene/Highly-Doped Silicon Heterostructures
石墨烯/硅异质结构作为用于各种电子和光子器件的新平台，如势垒电阻器、太阳能电池、光调制器和化学传感器，引起了极大的兴趣。迄今为止的研究主要集中在石墨烯和轻掺杂硅之间的结上，其中肖特基势垒被认为是载流子传输过程的主导因素。在这里，我们报告了一个系统的调查之间形成的异质结石墨烯和高掺杂硅载流子输运。通过改变硅掺杂水平和测量温度，我们表明，通过原生氧化物的隧穿效应的石墨烯/p++-Si异质结的载流子输运占主导地位。我们进一步证明，隧道电流可以有效地调制的外部栅极电场，导致在垂直隧穿晶体管。得益于高掺杂硅的大态密度，我们的隧穿晶体管可以提供超过20 A/cm 2的电流密度，比以前的石墨烯/绝缘体/石墨烯隧穿晶体管在相同的开/关比下高出约两个数量级。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrostatically actuated silicon-based nanomechanical switch at room temperature
我们展示了一种硅基高频纳米机械器件，能够在室温下可控地在两种状态之间切换。该设备使用了纳米机械谐振器，在滞后非线性制度中具有两个不同的状态。与以前的工作相比，我们证明了室温下的静电驱动和传感的开关器件与100%的保真度通过相位调制的驱动信号。这种相位调制器件可以用作与硅电路集成在片上的低功耗高速机械开关。
2009-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Charge Stability Modulated by Quantum Effects in a Nanoscale Silicon Island
本文报道了在室温下工作的硅岛小于5 nm的超小型库仑阻塞器件上进行的输运测量。在300 K的电荷稳定性表现出一个实质性的变化，斜率和对角线大小的每个连续的库仑钻石，但显着的是，其主要特征仍然存在，即使在低温下至5.3 K，除了额外的库仑峰分裂。通过包括库仑相互作用、谷分裂和强量子限制之间的相互作用，成功地模拟了具有库仑峰的附加精细结构的电荷稳定性的这一关键特征，这导致了每个点占据的几个低能多体激发态。这些激发态在亚5 nm超小尺度下得到增强，甚至在300 K时仍以团簇形式存在，导致电荷稳定性的实质性调制。
2012-01-18 cond-mat.mes-hall
Radio frequency readout of electrically detected magnetic resonance in phosphorus-doped silicon MOSFETs
我们演示了射频（RF）读出的电检测的磁共振在磷掺杂的硅金属氧化物场效应晶体管（MOSFET），在液氦温度下工作。利用射频反射计首次观测到了Si：P超精细谱线，这对于高带宽操作和基于施主的半导体器件中自旋共振的时间分辨检测是有希望的。在这里，我们提出了微波（MW）功率和MOSFET偏置条件对EDMR信号的影响。
2011-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Subkelvin tunneling spectroscopy showing Bardeen-Cooper-Schrieffer superconductivity in heavily boron-doped silicon epilayers
在亚开尔文温度范围内对掺硼的超导硅外延层进行了扫描隧道谱研究。由此产生的局部微分电导表现为均匀超导体的预期，能隙色散低于+/-10%。超导能隙的光谱形状、振幅和温度依赖性符合BCS模型，进一步支持了弱耦合极限下声子介导的空穴配对机制的假设.
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum computation with doped silicon cavities
我们提出了一种量子计算机架构，涉及光子晶体硅腔中的替代施主，以及已经在离子阱和其他原子系统中证明的光学初始化，操纵和检测过程。我们的方案大大简化了硅基固态量子计算机成功运行的构建模块的实现，包括施主的定位，单量子位和双量子位门的实现，量子位的初始化和读出。使用相关参数的最新值对所涉及的过程进行详细考虑，表明这种架构可能会导致与可扩展量子计算兼容的每个门的错误。
2008-11-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-temperature Continuous-wave Lasing from Monolayer Molybdenum Ditelluride with a Silicon Nanobeam Cavity
单层过渡金属二硫属化物（TMD）提供了最有效的光学增益材料，并有可能使纳米激光器具有最小的增益介质和最低的能量消耗。但是基于TMD的激光演示到目前为止仅限于低温。在这里，我们展示了第一个室温下的激光操作在红外波长从一个单层的硅光子晶体纳米束腔的二碲化钼。我们的演示是通过一个独特的选择TMD材料与硅吸收以下的发射波长，结合高Q腔设计的硅纳米梁。在1132 nm的激光表现出在室温下泵浦的连续波激光，阈值密度为6.6 W/cm 2。0.202 nm的室温线宽是最窄的，相应的Q值为5603，这是TMD激光器观察到的最大值。该演示确立了TMD作为实用的纳米激光材料。硅结构为重要红外波长中的硅兼容纳米光子应用提供了额外的益处。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Silicon-vacancy color centers in Si- and Si,P-doped nanodiamonds: thermal susceptibilities of photo luminescence band at 740 nm
我们已经表征了在295 K至350 K的温度范围内的Si-和Si，P-掺杂纳米金刚石中的硅空位（SiV）中心在740 nm处的光谱带的热稳定性，这对于生物系统中的温度测量是感兴趣的。掺硅晶体中SiV零声子线的位置、宽度和相对振幅与晶体的极化率呈线性关系，极化率分别为0.0126（4）nm/K、0.062（2）nm/K和$-0.037(2)$ K $^{-1}$。Si、P掺杂的纳米金刚石显示出显著更小的（宽度高达35%）结晶性，并且证明了利用额外的化学掺杂对SiV性质的控制。有人认为，一个显着的贡献，由激光诱导的纳米金刚石的加热可以是固有的，由于高浓度和低发光量子产率的SiV中心。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cryogenic Microwave Imaging of Metal-Insulator Transition in Doped Silicon
我们报告了低温扫描微波阻抗显微镜的仪器和实验结果。微波探头和扫描台位于氦低温恒温器的可变温度插入件内。距离调制模式下的微波信号用于监测针尖-样品距离并调节两个输出通道的相位。证明了空间解析掺杂硅样品中金属-绝缘体转变的能力。数据同意半定量有限元模拟。在不同温度和直流偏置下拍摄的图像中可以看到热能和电场对局部载流子的影响。
2011-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy enhanced room temperature ferromagnetism in Al-doped MgO nanoparticles
我们已经研究了室温铁磁秩序，开发铝取代氧化镁，Mg（Al）O，纳米粒子与Al分数高达5原子%。所有样品，包括未掺杂的MgO纳米颗粒，都表现出室温铁磁性，饱和磁化强度在2at.%时达到最大值0.023 emu/g。X-射线光电子能谱学确定了掺杂和未掺杂MgO纳米颗粒中氧空位的存在，真空退火后Mg（Al）O的空位浓度增加，导致饱和磁化强度增加2倍。Al掺杂的MgO。我们的研究结果表明，氧空位在很大程度上负责在MgO的室温铁磁性。
2013-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hyper-doped silicon nanoantennas and metasurfaces for tunable infrared plasmonics
我们提出了实验实现的有序阵列的超掺杂硅纳米盘，表现出局部表面等离子体共振。通过在10 $^{20}$和10 $^{21}$ cm $^{-3}$之间调节自由载流子浓度，等离子体激元在2和5 $μ$ m之间的光谱窗口中是可广泛调谐的。我们发现，强红外线吸收可以实现与全硅等离子体超颖表面采用纳米结构的尺寸低至100 nm的直径和23 nm的高度。我们的数值模拟显示出与实验数据的良好一致性，并提供了关于纳米结构形状以及近场效应对超颖表面光学特性的影响的物理见解。我们的研究结果为集成全硅等离子体器件开辟了非常有前途的前景，例如用于化学或生物传感或热成像。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spatially resolved, energy-filtered imaging of core level and valence band photoemission of highly p and n doped silicon patterns
作为局部掺杂的函数，在微米和亚微米尺度上图案化的半导体衬底的能级的空间变化的准确描述是微电子工业的重要技术挑战。空间分辨表面分析的光电子能谱显微镜可以提供一个宝贵的贡献，由于相对非破坏性的，定量分析。我们目前的结果高掺杂的n型和p型图案，分别为p型和n型硅衬底。利用同步辐射和球差校正能量滤波技术，我们获得了Si 2p芯能级和价带上的光谱图像序列。局部带对齐提取，占掺杂，带弯曲和表面光电压。
2017-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Thermoelectric bolometers based on ultra-thin heavily doped single-crystal silicon membranes
我们目前超薄硅膜热电偶测辐射热计适合于快速和灵敏的检测低水平的热功率和红外辐射在室温下。这些器件基于40 nm厚的应变调谐单晶硅膜，其形状为加热器/吸收器区域和窄的n型和p型掺杂梁，其作为热电偶工作。的设备的电热特性显示噪声等效功率为13 pW/rtHz和热时间常数为2.5 ms。高灵敏度的设备是由于高塞贝克系数为0.39 mV/K和减少的热导率的Si梁从体值。测辐射热计工作在热电偶的约翰逊-奈奎斯特噪声极限内，并讨论了接近温度波动极限工作时的性能改进。
2017-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Patterned silicon substrates: a common platform for room temperature GaN and ZnO polariton lasers
介绍了一种制作室温极化激元激光器的新平台：在图形化硅衬底上外延生长的氮化物基分布布拉格反射镜。图案化允许增强的应变弛豫，从而使得能够堆叠大量无裂纹的AlN/AlGaN对，并且实现具有大的空间均匀性的数千的腔品质因数。GAN和ZnO有源区在其上外延生长，腔体用顶部介电布拉格反射器完成。这两种结构显示强耦合和极化激元激光在室温下，并构成一个中间步骤的方式向集成极化激元器件。
2014-04-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Low-field microwave absorption and magnetoresistance in iron nanostructures grown by electrodeposition on n-type lightly-doped silicon substrates
在本研究中，我们研究了电沉积在轻掺杂（100）n型硅衬底上的铁纳米团簇的磁性、表面形貌和晶体结构。我们的目标是研究Fe/Si横向结构中的自旋注入和探测。在电渗流下获得的样品的特征在于通过磁阻和磁共振测量与循环扫描施加的场，以了解在所产生的样品中的自旋动力学。在磁共振谱中观察到的磁滞现象，加上在非饱和状态下确认低场微波吸收（LFMA）的宽峰的存在，与在磁阻曲线中发现的峰和斜率相关。结果表明，在低阻硅的长距离自旋注入和检测和磁共振技术在这里介绍了作为一个有前途的工具，用于分析电非接触磁阻样品。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent control of nitrogen-vacancy center spins in silicon carbide at room temperature
具有可操纵自旋量子比特和远程通信荧光的固态色心是量子通信和分布式量子计算的理想平台。在这项工作中，我们相干控制的氮空位（NV）在碳化硅中心自旋在室温下，其中检测到的电信波长的发射。我们通过优化注入条件将NV浓度提高了六倍。因此，在室温下实现了NV中心自旋的相干控制，并且相干时间T2可以达到约17.1 μs。此外，单NV中心的荧光性质的研究表明，它们是室温光稳定的电信范围内的单光子源。利用技术成熟的材料，实验表明，碳化硅中的NV中心是大规模集成量子光子学和长距离量子网络的有前途的平台。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anisotropic Spin-Acoustic Resonance in Silicon Carbide at Room Temperature
我们报道了室温下碳化硅中原子尺度中心的声驱动自旋共振。具体地说，我们使用表面声波腔，选择性地解决自旋跃迁的磁量子数的差异$\pm$ 1和$\pm$ 2在没有外部微波电磁场。这些自旋声学共振揭示了静态磁场取向的非平凡依赖性，这归因于结合半整数自旋系统的奇特性质的声场的固有对称性。我们发展了一个自旋-声学相互作用的微观模型，它描述了我们的实验数据没有拟合参数。此外，我们预测，行波导致手征自旋声共振，这改变后，磁场反转。这些结果确立了碳化硅作为一个非常有前途的混合平台，用于在室温下实现工程相互作用的片上自旋光机械量子控制。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical spin initialization of spin-3/2 silicon vacancy centers in 6H-SiC at room temperature
碳化硅中的硅空位已被提议作为金刚石中氮空位中心的替代物用于自旋电子学和量子技术。这些应用的一个重要前提是量子比特初始化为特定的量子态。本文研究了6 H-SiC中自旋为3/2的负电荷硅空位的光学取向。使用时间分辨的光检测磁共振技术，我们相干控制硅空位自旋系综和测量拉比频率和自旋晶格弛豫时间的所有三个过渡。然后，为了研究硅空位自旋系综的光学初始化过程，制备了不同基态的空位自旋系综，并对其进行了光学激发。我们描述了一个简单的速率方程模型，可以解释所观察到的行为，并确定相关的速率常数。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Direct Measurement of Room Temperature Non-diffusive Thermal Transport Over Micron Distances in a Silicon Membrane
室温下硅中载热声子的“教科书”声子平均自由程（MFP）为~40 nm。然而，对热导率的较大贡献来自具有长得多的MFP的低频声子。我们提出了一个简单的实验表明，室温下的热输运在Si显着偏离扩散模型已经在微米的距离。交叉的激光脉冲在独立的硅膜中的吸收建立了通过探测激光束的衍射来监测的正弦温度分布。通过改变热光栅的周期，我们在~1-10 μm的范围内改变热传输距离。在小的距离，我们观察到的有效热导率的减少，表明从扩散到弹道输运制度的声子谱的低频部分的过渡。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
GeVn complexes for silicon-based room-temperature single-atom nanoelectronics
我们使用第一性原理密度泛函理论计算和屏蔽相关的杂化泛函来表征锗空位GeVn复合物。我们报告这些缺陷的局部几何形状和电子激发态，包括对应于添加一个或多个电子的缺陷的电荷跃迁能级。我们的主要理论结果涉及的GeV复合物，我们表明，引起两个激发态深的差距，在-0.51和-0.35 eV的导带，与现有的光谱数据一致。所采用的理论方案，适合于计算一个可靠的估计的波函数衰减，使我们预测，这种状态与电子本地化超过约0.45 nm的长度。通过结合裸硅空位的电子性质，在带隙中携带深态，与单Ge离子注入技术产生的空间可控性，GeVn复合物成为硅基室温单原子器件的合适成分。
2019-01-28 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
A Silicon Cluster Based Single Electron Transistor with Potential Room-Temperature Switching
我们展示了基于单个超小硅量子点连接到具有纳米尺度间隔的金断裂结的单电子晶体管器件的制造。金断裂结是通过可控的电迁移过程产生的，并且结中的单个硅量子点被确定为Si_（170）簇。微分电导作为偏置和栅极电压的函数清楚地示出了库仑金刚石，这证实了输运由单个硅量子点主导。研究发现，由于硅量子点（1.8 nm）具有很大的电容，其充电能量可达300 meV。这种大的库仑相互作用可能使单电子晶体管能够在室温下工作。激发态的能级间距可以大到10 meV，这使得我们能够通过外部磁场操纵单个自旋。测量得到的塞曼分裂和兰德因子为2.3，这表明硅量子点中的电子-电子相互作用相对较弱，这对自旋相干时间是有益的。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Pauli spin blockade at room temperature in double-quantum-dot tunneling through individual deep dopants in silicon
该研究证明硅场效应晶体管中的两个深掺杂剂可形成室温双量子点，并在直至室温下实现泡利自旋阻塞，支持高灵敏磁传感、磁共振解除和Rabi振荡观测。
2025-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronic structure of boron and aluminum $δ$-doped layers in silicon
针对硅中高于固溶度的硼、铝δ掺杂层，采用密度泛函理论研究其电子结构，发现结构弛豫、无序及掺杂原子种类对能带等性质的影响规律，为调控其电子性质提供了理论依据。
2023-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal effects on electron-phonon interaction in silicon nanostructures
利用1.0 kW/cm^2的激发激光功率密度记录的硅纳米结构的拉曼光谱，揭示了在高于室温的温度下热效应的主导作用。室温拉曼光谱显示只有声子约束和Fano效应。在较高温度下记录的拉曼光谱表明，相对于其室温对应物，半高宽增加，不对称比减少。通过引入声子色散关系的温度依赖性，利用理论拉曼谱线形状成功地分析了实验拉曼散射数据。实验和理论的温度相关的拉曼光谱是在很好的协议。虽然量子限制和法诺效应仍然存在，但加热效应在高于室温的温度下开始占主导地位。
2009-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
First principles band structure of interacting phosphorus and boron/aluminum $δ$-doped layers in silicon
Center for Computing Research, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室计算研究中心）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本研究通过密度泛函理论计算了磷和硼/铝δ层在硅中的相互作用能带结构，发现近距时掺杂势抵消，远距时类似p-n二极管，且δ层相互作用可能增强隧道效应。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of spin accumulation signals in silicon at room temperature
我们演示了在室温下，在一个金属氧化物半导体场效应晶体管结构的Si沟道和CoFe/ $n^{+}$ -Si接触的栅极电压控制的自旋积累信号。在施加背栅电压的情况下，我们清楚地观察到三端汉勒效应信号，即，自旋累积信号。自旋累积信号的幅度可以随着栅极电压的增加而减小。我们认为，栅控自旋信号是由于CoFe/ $n^{+}$ -Si接触下Si沟道中载流子密度的变化引起的。这一研究不仅是硅基自旋电子器件应用于栅结构的技术飞跃，而且为室温下半导体硅沟道中的自旋注入提供了可靠的证据。
2011-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Full field chemical imaging of buried native sub-oxide layers on doped silicon patterns
完全能量过滤的X射线光电子发射显微镜是用来分析的SiO2/Si界面作为底层的掺杂图案的函数的硅次氧化物结构的空间分布。使用光谱逐像素曲线拟合分析，我们获得了在整个视场的次氧化物结合能和强度分布。每个氧化态的结合能图获得的空间分辨率为120 nm。在一个五层模型的框架内，实验数据被用来获得定量地图的氧化物层的厚度和空间分布的pn结。发现亚氧化物厚度的变化与掺杂的水平和类型有关。该程序考虑到了仪器伪影，能够对完整的3D数据集进行定量分析。
2012-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature detection of spin accumulation in silicon across Schottky tunnel barriers using a MOSFET structure
利用一种具有高质量CoFe/n^+Si接触的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）结构，我们系统地研究了室温下掺杂浓度为~ 4.5*10^15cm^-3的非简并Si沟道中的自旋注入和自旋积累。通过向沟道施加栅极电压（V_G），我们获得足够的偏置电流（I_Bias）用于在沟道中产生自旋累积，并且即使在室温下也观察到清晰的自旋累积信号。而自旋信号的幅度通过增加I_Bias而增强，有趣的是，它通过增加V_G而减小。这些特征可以在常规自旋扩散模型的框架内理解。研究结果表明，在室温下不使用绝缘隧道势垒的非简并Si沟道自旋注入技术是一种新的自旋注入技术，它为具有栅电极的Si基自旋电子器件的应用提供了一种新的技术途径。
2013-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum-confined single photon emission at room temperature from Silicon carbide tetrapods
孤立固态量子系统的受控工程是现代纳米技术中最突出的目标之一。在这封信中，我们证明了一个以前未知的量子系统，即碳化硅四脚体。四脚体具有立方多型体芯（3C）和六边形多型体腿（4 H），其几何形状在单个四脚体内产生自发极化。四脚结构的建模预测，束缚激子应该存在于3C-4 H界面。在室温下观察到的四脚体的全偏振和窄带单光子发射证实了模拟。单光子发射为理解非球形纳米结构中的量子限制效应提供了重要的见解。我们的研究结果为一类新的晶相纳米材料铺平了道路，这些材料在室温下表现出单光子发射，因此适用于传感，量子信息和纳米光子学。
2014-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Realization of a hole-doped Mott insulator on a triangular silicon lattice
掺杂莫特绝缘体的物理特性是材料研究中一些最奇特的物理现象的核心，包括绝缘体-金属转变、巨磁阻和层状钙钛矿化合物中的高温超导性。这一领域的进展将大大受益于具有类似丰富物理现象的新材料系统的可用性，但与氧化物相比，化学和结构复杂性更少。使用扫描隧道显微镜和光谱，我们表明，这样的系统可以实现在硅平台上。三分之一单层的Sn原子吸附在Si（111）表面上产生具有半填充悬挂键轨道的三角形表面晶格。这些悬挂键的调制空穴掺杂揭示了莫特物理学的明确标志，如光谱重量转移和准粒子态在费米能级的形成，明确定义的费米轮廓段，以及状态密度的尖锐奇异性。这些观察结果与复杂氧化物材料（包括高温超导体）中的观察结果非常相似，但在常规sp键合半导体材料领域中非常特别。这表明奇异量子物质相可以在硅基材料平台上实现和工程化。
2017-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically Controlled Entangling Gates in Randomly Doped Silicon
随机掺杂的硅在量子计算方面具有许多竞争优势;它不仅制造速度快，而且作为掺杂密度的函数，它自然可以包含大量的量子位和逻辑门。我们确定在随机掺杂的硅，包括两个不同的掺杂剂物种的纠缠门的密度。首先，我们定义的条件和绘图的相对位置的掺杂剂必要的，他们形成交换相互作用介导的纠缠门。其次，利用最近邻泊松点过程理论，我们计算了单、双物种栅达到最大密度所需的掺杂浓度。我们发现我们的结果与蒙特卡罗模拟，我们提出的算法，它处理多个施主结构和规模最佳的掺杂剂的数量，并用它来提取施主结构没有捕获我们的泊松点过程理论的协议。第三，使用移动平均集群扩展技术，我们作出预测的原理实验证明，一个物种的控制，由另一个的轨道激发。这些随机分布中密度优化的组合方法可能对其他凝聚态系统以及物理学之外的应用有用。
2019-02-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
An insulating doped antiferromagnet with low magnetic symmetry as a room temperature spin conduit
本文报道了室温下反铁磁薄膜掺锌赤铁矿中磁振子的长距离自旋输运。额外的掺杂剂显著改变磁各向异性，导致复杂的平衡自旋结构，其能够在室温下有效地传输自旋角动量，而不需要明确定义的纯易轴或易面各向异性。我们发现内禀磁振子自旋扩散长度高达1.5 μm，和磁畴控制的衰减长度为175 nm的低频磁振子，通过电输运测量表明，非磁性掺杂剂的引入并没有强烈地降低输运长度尺度，表明赤铁矿的磁阻尼并没有显着增加。我们观察到一个复杂的场依赖性的非本地信号独立的磁状态中可见的局部磁电阻和直接磁成像的反铁磁畴结构。我们解释我们的结果在一个不同的和应用领域相关的椭圆形的磁振子模式到达检测器电极，使我们能够调整自旋运输。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Magnetic Moment in Flexoelectronic Silicon at Room Temperature
已经提出了与时间相关的旋转电极化的强度，以例如通过铁电极化和光学声子的组合来产生随时间变化的磁矩。这种现象被称为动力学多铁性，但明确的实验证明迄今为止一直难以捉摸。在这里，我们报告的时间磁矩高达1.2 μ B/原子的电荷掺杂硅薄膜弯曲应变下的检测。我们证明，磁矩产生的组合产生的电极化的强度所产生的挠曲电子电荷分离沿应变梯度和变形潜力的声子。这种效应可以通过调节外加应变梯度、掺杂浓度和掺杂剂来控制，可以看作是一种涉及挠曲电子极化而非铁电性的动态多铁性效应。硅中大磁矩的发现可以使得能够在各种多铁性和自旋电子学应用中使用非磁性和非铁电半导体。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolithic InGaAs nanowire array lasers on silicon-on-insulator operating at room temperature
芯片级集成光源是广泛的光子学应用中的关键组件。III-V族半导体纳米线发射器由于其优异的材料特性、极其紧凑的尺寸以及直接在晶格失配的硅衬底上生长的能力而作为一种迷人的方法而受到关注。尽管纳米线发射器已经取得了显著的进展，但由于纳米线发射器与光子集成电路（PIC）集成的困难，其实际应用仍处于早期阶段。在这里，我们展示了第一次光泵III-V纳米线阵列激光器单片集成在绝缘体上硅（SOI）平台。纯单晶InGaAs/InGaP核/壳纳米线在SOI衬底上的选择性区域生长使纳米线阵列能够形成具有优异光学和结构特性的光子晶体纳米束腔，从而使激光器在室温下工作。我们还表明，纳米线阵列激光器有效地耦合SOI波导采用纳米外延预图案化的SOI平台上。这些结果为超紧凑和节能的光链路提供了一个新平台，并明确指出了实用和功能性纳米线激光器的方向。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
