硅MOS和硅/锗硅量子点中的各向异性自旋-谷耦合

虽然长期以来人们认为块状硅具有相对较弱的自旋轨道耦合(SOC),但将电子限制在硅异质界面的量子点(QDs)中会导致SOC显著增强。这对电子自旋量子比特的性能构成挑战,因为谷内和谷间SOC会严重干扰电子自旋量子比特的操作。虽然这些相互作用可用于驱动单重态-三重态量子比特的相干旋转,但当谷分裂与塞曼能量共振时,与低激发谷态的耦合可能导致不理想的自旋弛豫。 该工作测量了两种常见硅自旋量子比特材料平台——SiMOS和Si/SiGe异质结构——中界面自旋轨道相互作用随外加磁场方向和大小变化的角依赖关系。研究人员构建了一个物理模型,通过数据拟合准确推断出谷内和谷间SOC物理特性,从而实现了这两种材料体系的直接比较。 对于所测量的器件,该团队发现虽然g因子差异相当,但SiMOS量子点的自旋-谷耦合比Si/SiGe大一个数量级。此外,两种器件的自旋-谷耦合角依赖关系相似,最小化自旋-谷耦合所需的磁场取向也类似。该研究提出了优化自旋-谷耦合的操作方案,以规避或利用这种机制来实现量子比特操作。

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提交arXiv: 2026-04-17 21:21

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