台湾成大用电控制近藤效应的方法为自旋设备带来新的福音

技术研究 量科网 2022-01-11 11:57

中国台湾成功大学的Luke Smith及其同事展示了近藤效应的电控制方法,近藤效应是一种于1930年代首次观察到的量子多体现象。这一进步可能会对未来的自旋电子设备和基于自旋的量子计算机是一个福音,因为它比基于铁磁性的方法要能更灵活地控制自旋。

台湾成大用电控制近藤效应的方法为自旋设备带来新的福音

该团队制造了一种半导体异质结构,该结构在量子阱中承载了二维电子气(2DEG)。在异质结构的顶部,他们沉积了一对金属栅极,当它们受到电压时,会在2DEG中产生一维收缩。在收缩的中心有一个势阱,它控制着一个束缚单电子。

在这种纳米结构中,近藤效应源于量子涨落,量子涨落允许束缚电子与2DEG中相反的极化电子交换位置。当2DEG中同时存在自旋向上和自旋向下的电子并且没有施加偏压时,费米能级的电子可以翻转它们的自旋并通过量子隧道穿过收缩区域。因此,这种效应在测量中会显示为在2DEG的收缩处有异常高电导。

在Smith及其同事进行的实验中,异质结构内的反演对称性被破坏导致了2DEG能级的自旋分裂。随着自旋向上和自旋向下电子间的能量分离,研究小组发现了零偏压电导异常(这是该系统中存在近藤效应的标志)不会再发生。

为了恢复异常电导,他们必须对2DEG施加一个偏置,从而重新调整自旋向上和自旋向下的电子能级。该团队随后表明,他们可以利用一个可变的栅极电压,通过改变自旋分裂的大小来用电控制近藤效应的规模。(编译:Qtech)