中科大郭光灿团队在硅基半导体量子芯片的自旋调控上取得重要进展

中国科学技术大学消息显示，中科大郭光灿院士团队在硅基半导体锗纳米线量子芯片研究中取得重要进展。该团队郭国平、李海欧等人与中科院物理所张建军和本源量子合作，首次在硅基锗空穴量子点中实现朗道g因子张量和自旋轨道耦合场方向的测量与调控，对于该体系更好地实现自旋量子比特操控及寻找马约拉纳费米子有着重要的指导意义。

图片来源：中国科学技术大学

近年来，对自旋轨道耦合的研究一直是半导体量子计算和拓扑量子计算研究的热点。半导体材料中的自旋轨道相互作用能够使粒子的自旋与轨道这两个自由度耦合在一起，该机制在实现自旋电子学器件、自旋量子比特操控及寻找马约拉纳费米子中起着举足轻重的作用。

研究人员在制备的高质量的硅基锗空穴载流子双量子点中观察到了自旋阻塞效应，并在自旋阻塞区域测量了由自旋弛豫引起的漏电流大小随磁场大小及磁场方向的变化关系，通过理论分析，研究人员得到了该体系具有强各向异性的g因子张量，同时确定了自旋轨道耦合场的方向位于锗纳米线衬底面内并与锗纳米线方向成59°，说明体系中除了存在垂直于锗纳米线的Rashba自旋轨道耦合，还存在着沿着纳米线方向的可能是由界面不对称性引起的Dresselhaus自旋轨道耦合。

通过改变纳米线的生长方向，使得上述两种自旋轨道耦合方向相反大小相等，从而实现自旋轨道耦合的开关，当体系处于“sweet spot”（即自旋轨道耦合完全关闭）时，由自旋轨道耦合引起的退相干过程会大幅度地被抑制，自旋量子比特的退相干时间会得到有效地延长。

据悉，研究成果以"Anisotropicg-factor and Spin-Orbit Field in a Germanium Hut Wire Double Quantum Dot"为题，发表在5月12日出版的国际纳米器件物理知名期刊《Nano Letters》上。（校对/若冰）