中科大郭光燦團隊在硅基半導體量子芯片的自旋調控上取得重要進展

集微網消息，中國科學技術大學消息顯示，中科大郭光燦院士團隊在硅基半導體鍺納米線量子芯片研究中取得重要進展。該團隊郭國平、李海歐等人與中科院物理所張建軍和本源量子合作，首次在硅基鍺空穴量子點中實現朗道g因子張量和自旋軌道耦合場方向的測量與調控，對於該體系更好地實現自旋量子比特操控及尋找馬約拉納費米子有着重要的指導意義。

圖片來源：中國科學技術大學

近年來，對自旋軌道耦合的研究一直是半導體量子計算和拓撲量子計算研究的熱點。半導體材料中的自旋軌道相互作用能夠使粒子的自旋與軌道這兩個自由度耦合在一起，該機制在實現自旋電子學器件、自旋量子比特操控及尋找馬約拉納費米子中起着舉足輕重的作用。

研究人員在製備的高質量的硅基鍺空穴載流子雙量子點中觀察到了自旋阻塞效應，並在自旋阻塞區域測量了由自旋弛豫引起的漏電流大小隨磁場大小及磁場方向的變化關係，通過理論分析，研究人員得到了該體系具有強各向異性的g因子張量，同時確定了自旋軌道耦合場的方向位於鍺納米線襯底面內並與鍺納米線方向成59°，說明體系中除了存在垂直於鍺納米線的Rashba自旋軌道耦合，還存在着沿着納米線方向的可能是由界面不對稱性引起的Dresselhaus自旋軌道耦合。

通過改變納米線的生長方向，使得上述兩種自旋軌道耦合方向相反大小相等，從而實現自旋軌道耦合的開關，當體系處於“sweet spot”（即自旋軌道耦合完全關閉）時，由自旋軌道耦合引起的退相干過程會大幅度地被抑制，自旋量子比特的退相干時間會得到有效地延長。

據悉，研究成果以"Anisotropicg-factor and Spin-Orbit Field in a Germanium Hut Wire Double Quantum Dot"爲題，發表在5月12日出版的國際納米器件物理知名期刊《Nano Letters》上。（校對/若冰）