基于锗纳米线量子点的空穴自旋及其复合结构研究

徐刚

中国科学技术大学

摘要：对基于量子点自旋量子比特的半导体量子计算来说,具有长的量子比特相干时间和能够对比特自旋态进行快速操控是两个关键条件。因此,寻找满足上述条件的合适平台已经变得越来越重要。在Ⅳ族半导体中,硅和锗具有核自旋为零的稳定同位素,纯化后的材料由于其较弱的超精细相互作用,使得电子自旋比特具有较长的相干时间。但是,在硅量子点体系中要实现对电子自旋比特的操控,就必须在量子点器件上集成额外组件,例如微型磁体或者微波条带线。这些集成组件使此类器件的制造工艺复杂化,不利于多比特的扩展。相比于电子自旋,锗量子点体系中的空穴载流子由于P轨道而具有更弱的超精细相互作用和更强的自旋轨道耦合,不需要集成额外的组件就可以实现对自旋比特的快速全电操控。因此,锗空穴量子点是一个非常理想的自旋量子比特平台。本论文主要对基于棚顶型锗纳米线的空穴型量子点进行实验研究,主要内容包括:1.介绍了锗空穴材料体系的研究背景和目前取得的一些研究进展,以及半导体量子点中空穴自旋和腔量子电动力学的物理概念。2.详细地描述了棚顶型锗纳米线量子点器件的制备工艺,介绍了微纳加工相关的仪器设备及低温测量平台,给出了量子点的性质表征方法并评估了锗纳米线的迁移率。3.在棚顶型锗纳米线上制备了耦合高度可调的双量子点,并观测到了自旋阻塞现象。在自旋阻塞区域,通过分析漏电流随磁场的演化,证实了锗纳米线体系中有着很强的自旋轨道耦合。在实验上观测到了多种耦合模式的电偶极自旋共振谱线,并进一步实现了空穴自旋量子比特的超快操控。
关键词：棚顶型锗纳米线; 双量子点; 空穴自旋; 自旋轨道耦合; 自旋单比特; 超导微波腔; 定位型锗纳米线; 多量子点扩展;
链接：
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