FLEET研讨会:Garnett W. Bryant教授:用电场和磁场控制量子点和量子点分子中的空穴自旋量子比特

利用电场和磁场控制量子点和量子点分子中的空穴自旋量子位

加内特·w·布莱恩特教授。美国国家标准与技术研究所，马里兰州盖瑟斯堡

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文摘:

量子点(QDs)中的空穴自旋是量子技术中很有前途的量子比特。利用量子点分子(qdm)可以实现全光控制。InAs qdm中的空穴自旋混合实现了这种全光控制。理解这种自旋混合激发了对量子点中空穴自旋的重新思考。利用GaAs量子点、InAs量子点和InAs/GaAs量子点的原子紧密结合理论，研究了量子点几何形状和磁场B对量子点内部自旋的空穴极化、自旋混合和空间织构的影响。由于强自旋-轨道耦合，空穴自旋被强极化并锁定在QD轴上而不是锁定在B上，但在平面B内，由于自旋的内部空间织构，净空穴自旋去极化。平行于平面内B的横向电场的应用提供了对空穴自旋和塞曼分裂的精确控制。当电场将空穴推到量子点的一侧时，强自旋极化被恢复。如果量子点是合金，这种控制就会被破坏，因为合金的无序会扰乱原子尺度上的自旋织构。然而，施加一个面内B的横向电场，即使合金无序，也能恢复自旋。 Strong spin-orbit coupling combined with strong locking of the orbital motion to the QD geometry explains spin locking away from Voigt configuration, spin depolarization in Voigt configuration, the spin texture patterns, repolarization of the spin with applied lateral electric field, response to applied strain and spin scrambling in alloys.

这种自旋控制可以与量子点几何有关。问题仍然是，这是否可以解释为来自界面场的Rashba效应，或者是量子点中空穴自旋的原子描述所固有的。研究了用梯度合金描述量子点界面的GaAs/AlAs量子点，以减少尖锐界面的Rashba效应。并将结果与具有尖锐界面的量子点的结果进行了比较。几个例子说明了梯度界面如何影响具有尖锐界面的量子点的自旋锁定，以及这如何改变Voigt配置中的自旋纹理和自旋极化。结果用于评价Rashba效应的贡献。

最近对集成了GaAs机械谐振器的InAs量子点的实验表明，量子点与机械运动之间存在明显的应变诱导耦合。与驱动的机械谐振器同步测量的平面内B单量子点的光致发光表明，由应变引起的空穴塞曼分裂变化很大，而电子塞曼分裂变化很小。适当处理自旋锁紧和合金置乱是导致孔塞曼劈裂大位移的原因。