自旋相干指在初始時刻系統中所有電子的狀態（如自旋、軌道、動量）是一致的，隨著時間增長，所有電子的狀態保持一致變化的過程。經過一段時間，相干態將退化，該時間稱為退相干時間或馳豫時間。
基本介紹
- 中文名：自旋相干
- 外文名：spin coherence
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：自旋電子學
- 特點：所有電子的狀態保持一致變化
- 又稱：自旋相干態
背景,自旋相干態簡介,自旋相干動力學,固態系統自旋相干,
背景
“相干”一詞最早來源於量子光學（例如相干箱射）。早在1926年，量子力學建立之初，SchrMnger研究量子態的過程中，發現諧振子位置算符在相干態上的平均值隨時間的演化與經典運動非常的相似。然而，在Schrodinger工作之後的30多年裡，關於諧振子這個領域的研巧一直沒有新的進展。直到I960年，Klauder，Glauber和Sudarshan再次提出相干態的概念。從那時起，相干態就被廣泛地套用到量子物理和數學方法中，例如核物理，原子物理，凝聚態物理和量子場論，量子信息等。隨後他們又相維構造了諧振子涯滅算符和產生算符的本徵態，目的是研究量子光學中非常重要的課題一電磁場關聯函式。幾乎同時，Glauber、Sudarshan和Klauder還發展了一套可以用任意Lie群表示的相干態。這樣相干態就不再受限於諧振子，可廣泛地套用到所有的物理問題。
自旋相干態簡介
所謂相干態是指在初始時刻系統中所有電子的狀態（如自旋、軌道、動量）是一致的，隨著時間增長，所有電子的狀態保持一致的變化。經過一段時間，相干態將退化，該時間稱為退相干時間或馳豫時間。
過去很多年，未計入自旋量的電子相干態已經被廣泛研究。通常用強雷射脈衝在半導體中產生電子相干態，隨時間增長，相干態演化過程逐次為最早的相干階段，即無碰撞過程（但可以出現Rabi躍遷）；其次為位相弛豫階段，由電子-缺陷或電子-電子散射過程決定；最後進入準熱平衡階段，由電子-聲子散射過程造成。檢測方法可用探測光速瞬態吸收光譜。
自旋相干動力學
自旋電子器件是利用半導體及其量子阱結構中的電子自旋自由度的極化態作為信息載體和邏輯位的電子器件。因此，自旋電子器件具有低功耗、低熱耗散和速度快等獨特優點，被認為在下一代半導體納米電子器件集成製造中具有廣闊的套用前景。然而，自旋電子器件的實現還有很長的路要走，原因在於自旋光開關等自旋電子器件要求自旋弛豫時間足夠短，而量子信息存儲與計算則要求自旋極化保持的時間足夠長，因此，半導體中電子自旋弛豫和自旋相干弛豫動力學及其隨材料結構、環境因素的變化研究成為國際上一個活躍的研究領域。
滕利華等研究了9. 6K低溫下、本徵GaAs高過超能量態電子自旋相干動力學的濃度依賴，發現當光子能量為1.57 eV，載流子濃度增大至
時電子自旋相干量子拍的相位翻轉180度。理論計算表明量子拍的相位翻轉為區分輕、重空穴系統提供了重要依據，當載流子濃度大於
時，量子拍的振幅主要起源於重空穴價帶一導帶躍遷，當載流子濃度小於時，量子拍的振幅主要起源於輕空穴價帶一導帶躍遷。因而，分別在輕空穴價帶一導帶系統和重空穴價帶一導帶系統實驗測量電子自旋相干動力學成為可能，實驗數據表明在輕空穴價帶一導帶系統測得的電子自旋相干弛豫時間明顯大於在重空穴價帶一導帶系統測得的電子自旋相干弛豫時間。
固態系統自旋相干
要利用固態系統電子自旋的量子相干性，首先必須解決的一個問題就是由於與環境的耦合干擾而產生的自旋消相干。動力學解耦就是利用頻閃的自旋反轉與環境的平均耦合, 其效果相當於與零耦合。這是對抗消相干的一種特別有希望的策略，因為它可以很自然地與其他要實現的功能集成起來，如量子門。每個自旋反轉中難免會有錯誤發生，所以理想的情況是，用於實現給定精度水平動態解耦的控制脈衝數達到最小化。這種最優動態解耦序列已經被發現。中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室杜江峰研究小組和香港中文大學劉仁保小組合作，利用脈衝電子順磁共振技術，在 50K 到室溫條件下從實驗上演示了利用最優動態解耦保持受激丙二酸晶體的電子自旋相干性。用 7 個脈衝的最優動態解耦序列，將自旋相干時間延長到近 30µs。而如果不加脈衝控制，這個時間將是 0.04µs，如果用一個脈衝控制，則是 6.2 µs。通過與微觀理論下的實驗比較, 研究人員找到了固態系統中相關電子自旋消相干的機制。最優動態解耦也可以套用於其他固態系統，如氮空穴中心的金剛石，因此，它為室溫下固態系統自旋量子相干控制奠定了基礎。
