Электрическая манипуляция последовательности заполнения спинов в двухслойных графеновых квантовых точках
Исследовательская группа из Китайского университета науки и технологий продемонстрировала возможность электрического управления последовательностью заполнения спина в двухслойной графеновой (BLG) квантовой точке (QD). Это достижение, опубликованное в Physical Review Letters, демонстрирует потенциал управления степенью свободы спина в BLG, материале с многообещающими приложениями в квантовых вычислениях и передовой электронике.
Рис. Схемы устройства QD на основе BLG и методы исследования. (Изображение USTC). Кредит: Guo-Quan Qin et al.
В последние годы BLG привлек к себе пристальное внимание благодаря своим уникальным свойствам . При приложении внеплоскостного электрического поля он может генерировать настраиваемую запрещенную зону. Более того, эффект тригональной деформации, вызванный косой межслойной связью, приводит к дополнительному вырождению мини-долин, что значительно влияет на поведение носителей заряда. Устройства на квантовых точках, которые могут точно контролировать количество носителей заряда, стали важнейшим инструментом для изучения этих явлений на уровне отдельных частиц.
Учёные использовали высоконастраиваемое устройство квантовой точки, которое предоставило средства для управления последовательностью заполнения электронов. Они начали с приложения небольшого перпендикулярного электрического поля, наблюдая, как s-оболочка заполняется четырьмя электронами, двумя со спином вверх и двумя со спином вниз, каждый из противоположных долин.
Сутью исследования было наблюдение, сделанное при увеличении электрического поля. Было отмечено существенное изменение: способность s-оболочки удерживать электроны увеличилась до 12, причем первые шесть электронов имели одинаковую спиновую поляризацию. Этот сдвиг от четырехкратного к двенадцатикратному вырождению был приписан эффекту тригональной деформации, который стал выраженным под влиянием более сильного электрического поля.
Для дальнейшего выяснения взаимодействия между спиновыми, долинными и минидолинными степенями свободы были проведены измерения магнитотранспорта во внешних магнитных полях. Это представление о последовательностях заполнения спина и долин, показав, что последовательность заполнения спина может быть электрически изменена с "2 + 2 + 4 + 4" на "6 + 6". Этот переход показал, что минидолинная степень свободы может быть использована для электрического управления спиновой степенью свободы — открытие с глубокими последствиями для квантового управления и манипулирования электронными состояниями.
Исследование показывает, что электрическая манипуляция последовательностью заполнения спина может быть реализована путем использования взаимодействий между минидолинами и спином. Эта тройная степень свободы минидолин обещает генерировать 3-спиновые состояния и моделировать симметрию SU(3). Она также прокладывает путь для исследования экзотических электронных фаз в тригонально искривленном BLG.
