串联强耦合双量子点的电子全计数统计研究

基于有效粒子数分辨的量子主方程,研究了电子通过串联强耦合双量子点系统的全计数统计.当系统与源极耦合强度远大于漏极,并且与源极耦合的左量子点能级高于与漏极耦合的右量子点时,即εL＞εR,在合适的能级失谐情形下,观察到负微分电导,并且其伴随着超泊松噪声,但超泊松噪声偏压区域比较小;但是当εL＜εR时,观察到一个比较大的超泊松噪声偏压区域,并且此噪声特性在大能级失谐情形下依然存在.这些超泊松噪声特性可以定性地归结于快慢输运通道之间的有效竞争.     

交换耦合双能级量子点的全计数统计

基于粒子数分辨的量子主方程,研究了自旋交换耦合双能级量子点中的电子全计数统计,给出了平均电流、散粒噪声和偏斜度.库仑排斥和交换作用导致了平均电流中的小平台;散粒噪声和铁磁电极的极化率以及量子点与电极的不对称耦合密切相关.极化率和量子点电极不对称耦合越大,超泊松散粒噪声越容易出现.当两个自旋单态通道能级参与输运时散粒噪声会大大降低,而当两个自旋三重态通道能级同时参与输运时散粒噪声则会明显增大.     

自旋轨道耦合对串联双量子点电子全计数统计特性的影响

基于粒子数分辨的量子主方程,研究了具有自旋轨道耦合效应的串联双量子点体系的电子计数统计特性。通过分析电极的自旋极化率、量子点的点间隧穿耦合强度以及其能级失谐对前三阶累积矩的影响,发现当量子点的点间隧穿耦合强度与量子点电极耦合强度处于同一量级,且两个量子点的能级失谐大于其自旋轨道耦合强度数倍(约5~10)时,对于电极自旋极化率较大的情形,在仅有单占据态到空占据态参与电子输运的偏压区域内,自旋轨道耦合效应对电流的前三阶累积矩,尤其是高阶累积矩,有一个明显的影响。特别是,通过调节两个量子点的能级失谐,可以找到一个高阶电流累积矩基本上与自旋轨道耦合强度成正比的区域。因此,可以基于电流高阶累积矩定性获取串联双量子点的自旋轨道耦合参数,为其在固态量子计算中的应用提供理论基础。     

串联耦合双量子点中有效自旋轨道耦合场依赖的电子计数统计

在顺序隧穿极限下,基于粒子数分辨的量子主方程,研究了与铁磁电极耦合的串联耦合双量子点体系中有效自旋轨道耦合场大小和方向依赖的电子计数统计。数值结果表明,散粒噪声超泊松Fano因子的数值减小程度、散粒噪声从超泊松分布到次泊松分布的转变、刻画传输电子分布峰的偏斜度数值大小和正负均敏感地依赖于该有效自旋轨道耦合场的大小和方向。此特性可以用来定性获取有效自旋轨道耦合场的大小和方向信息。     

双量子点系统单态三重态传输诱导的散粒噪声

基于有效粒子数分辨的量子主方程和全计数统计,研究了耦合双量子点系统电子输运性质,讨论了源极和漏极的极化程度、电子在量子点中的自旋交换作用对平均电流、散粒噪声的影响,给出了平均电流和散粒噪声在不同的交换耦合下随电极极化率的变化特征,分析了自旋单态和三重态在电子输运过程中对平均电流和散粒噪声的贡献,并借助于自旋阻塞引起的聚束效应解释了超泊松散粒噪声的形成。     

双量子点与Majorana费米子级联结构中的散粒噪声

考虑两个量子点分别与拓扑超导纳米线两端的Majorana费米子串联耦合,利用粒子数表象下的量子主方程,研究其中电子的输运特性.存在Majorana费米子时,稳态电流差随着隧穿率的增大呈非对称分布,电子散粒噪声谱相干振荡,且零频噪声明显增强.当系统耦合强度变化时,散粒噪声进一步揭示了Majorana费米子对体系电荷输运的影响.因此,电流差结合电子散粒噪声可以表征量子点与拓扑超导体混合结构中是否存在Majorana费米子.     

与非共线铁磁引线耦合的双量子点环中电子的输运

用非平衡格林函数理论研究与两个铁磁引线连接的平行连耦合双量子点系统中电子输运性质。两个铁磁引线的磁矩相互成任意角度,即磁矩是非共线性的。通过调节磁矩间的角度,可以控制不同自旋方向电子的输运性质,从而能充分操作通过整个系统的电流和隧穿磁阻。两个铁磁弓I线磁矩间的相对角度对量子点中不同自旋电子的占据数有显著的影响,是决定电流和隧穿磁阻性质的内在机制。量子点间的耦合强度、量子点与引线的耦合强度等也会对系统的电流有明显的作用,从而提供了丰富的电流操控手段。本文研究的系统可以用作自旋阀,在自旋电子学器件中有实际的应用价值。     

介观二能级体系的量子输运特性研究

利用电子数分辨的量子主方程,推导了介观输运体系中的电流和散粒噪声计算方法,研究了二能级体系的量子输运特性。在非对称隧穿耦合强度下,电流输运出现了快慢通道的输运机制,导致了动态库伦阻塞,以及新颖的负微分电导现象和超泊松散粒噪声。这些研究结果对量子器件的实现、优化和控制具有一定的实际意义。     

单量子点内有效核磁场对电子输运特性的影响

利用粒子数分辨量子主方程,研究了单量子点与两个铁磁电极耦合系统内有效核磁场对电子全计数统计特性的影响。数值结果表明有效核磁场的大小和方向对平均电流基本上没有影响;但是,仅有单占据与空占据量子点本征态之间的转变参与量子输运时,特别是,当两个铁磁电极自旋极化率较大,并且量子点电极耦合强度大于有效核磁场大小时,有效核磁场的大小和方向对散粒噪声和偏斜度有显著的影响。因此,可以基于量子点的电流高阶累积矩来定性获取其有效核磁场大小和方向的信息。     

耦合三端子量子点系统中Andreev反射调控的热电输运

以耦合到超导电极、铁磁金属电极及正常金属电极的三端子量子点混杂系统为研究对象,系统研究了自旋极化电子的Andreev反射过程对热电流的影响.研究发现,Andreev反射过程及正常的隧穿过程两种机制的竞争不仅导致热电荷流大小和方向的改变,而且导致热自旋流大小和方向的改变.实验上可通过调控门电压及超导体与量子点耦合强度来实现.     

Majorana束缚态对正常金属/三量子点/超导结构输运性质的影响

正常金属/量子点/超导结构可以产生Andreev反射现象,如果在量子点上耦合Majorana束缚态(MBSs),其Andreev反射电导将发生特殊的变化,因而可用于探测MBSs.研究了MBSs对连接在正常金属和超导体之间的线型三量子点输运性质的影响,发现零费米能处的Andreev反射电导在不考虑MBSs之间的耦合时始终等于0.5G₀(G₀=2e²/h),不受量子点能级、量子点间耦合强度、量子点与电极之间耦合强度的影响,具有明显的鲁棒性.     

四端介观量子网络中电子自旋的相干输运性质

采用解线性方程组的方法,研究了存在磁通时,四端介观量子网络中电子自旋的相干输运性质。该四端网络由具有Rashba自旋-轨道耦合互作用的量子线构成,数值计算了自旋电导对约化磁通和自旋-轨道耦合强度的依赖关系。计算结果表明:该网络中的自旋相干输运性质由约化磁通和Rashba自旋-轨道耦合之间的相互作用共同决定。这种结构中,一些端可以作为栅极控制其他端的自旋流,该四端多通道网络结构为调控电子自旋的相干输运提供了更多的选择。     

四端介观量子网络中电子的相干输运性质

采用解线性方程组的方法研究了同时存在磁通和Rashba自旋一轨道耦合的四端介观量子网络中电子的相干输运性质．计算结果表明,该量子网络中电子的相干输运是量子干涉和自旋进动的联合效应。这种四端多通道结构为调制电子的相干输运提供了更多的选择。     

Quantum-coherent coupling of a mechanical oscillator to an optical cavity mode

Optical laser fields have been widely used to achieve quantum control over the motional and internal degrees of freedom of atoms and ions, molecules and atomic gases. A route to controlling the quantum states of macroscopic mechanical oscillators in a similar fashion is to exploit the parametric coupling between optical and mechanical degrees of freedom through radiation pressure in suitably engineered optical cavities. If the optomechanical coupling is 'quantum coherent'--that is, if the coherent coupling rate exceeds both the optical and the mechanical decoherence rate--quantum states are transferred from the optical field to the mechanical oscillator and vice versa. This transfer allows control of the mechanical oscillator state using the wide range of available quantum optical techniques. So far, however, quantum-coherent coupling of micromechanical oscillators has only been achieved using microwave fields at millikelvin temperatures. Optical experiments have not attained this regime owing to the large mechanical decoherence rates and the difficulty of overcoming optical dissipation. Here we achieve quantum-coherent coupling between optical photons and a micromechanical oscillator. Simultaneously, coupling to the cold photon bath cools the mechanical oscillator to an average occupancy of 1.7?±?0.1 motional quanta. Excitation with weak classical light pulses reveals the exchange of energy between the optical light field and the micromechanical oscillator in the time domain at the level of less than one quantum on average. This optomechanical system establishes an efficient quantum interface between mechanical oscillators and optical photons, which can provide decoherence-free transport of quantum states through optical fibres. Our results offer a route towards the use of mechanical oscillators as quantum transducers or in microwave-to-optical quantum links.     

量子点体系中自旋过滤、自旋流产生和自旋注入

自旋电子学是一门新兴的交叉学科,其中心主题就是对固体电子系统中电子的自旋自由度进行有效地操作和控制.量子点体系中的自旋效应近期受到了理论和实验较多的关注.本文着重介绍了自旋轨道耦合效应对量子点体系输运性质的影响,探讨了怎样利用自旋轨道耦合效应来实现对自旋的有效过滤和纯自旋流产生.基于四铁磁端双量子点体系中电子的交换相互作用机制,指出了一种可以显著提高从铁磁金属到半导体量子点自旋注入效率的新方法.     

利用回音壁微腔系统克服量子点能级自然分裂

用一种全量子理论方法研究了一回音壁微腔-V型三能级量子点系统之间的耦合.量子点分别由基态、左圆极化激子态和右圆极化激子态构成,两简并回音壁腔模分别与左激子跃迁模和右激子跃迁模相耦合,其耦合率分别为gL和gR.在实空间里,我们推导了透射模与反射模的精确解,并得出其数值结果.结果显示了复合系统的耦合动力学特性;更重要的是,我们可以通过设计微腔得到合适的微腔反向散射率?,利用双模与量子点强耦合,就可以克服双激子能级精细结构的分裂(FSS).     

Trapped-ion antennae for the transmission of quantum information

More than 100 years ago, Hertz succeeded in transmitting signals over a few metres to a receiving antenna using an electromagnetic oscillator, thus proving the electromagnetic theory developed by Maxwell. Since this seminal work, technology has developed, and various oscillators are now available at the quantum mechanical level. For quantized electromagnetic oscillations, atoms in cavities can be used to couple electric fields. However, a quantum mechanical link between two mechanical oscillators (such as cantilevers or the vibrational modes of trapped atoms or ions) has been rarely demonstrated and has been achieved only indirectly. Examples include the mechanical transport of atoms carrying quantum information or the use of spontaneously emitted photons. Here we achieve direct coupling between the motional dipoles of separately trapped ions over a distance of 54 micrometres, using the dipole-dipole interaction as a quantum mechanical transmission line. This interaction is small between single trapped ions, but the coupling is amplified by using additional trapped ions as antennae. With three ions in each well, the interaction is increased by a factor of seven compared to the single-ion case. This enhancement facilitates bridging of larger distances and relaxes the constraints on the miniaturization of trap electrodes. The system provides a building block for quantum computers and opportunities for coupling different types of quantum systems.     

铁磁半导体/半导体/铁磁半导体异质结中光子辅助量子输运特性

基于有效质量近似和Floquet理论,考虑自旋-轨道耦合和外场驱动作用下,研究铁磁半导体/半导体/铁磁半导体异质结中的量子输运特性.结果表明自旋-轨道相互作用不仅使自旋发生翻转,而且束缚态能级发生劈裂,从而使电导率中出现两个Fano共振峰.势阱两边的磁化强度以及两边磁化强度之间的夹角对自旋翻转和共振位置具有调制作用.