量子綜合調控增強微納自旋體系的量子相干性

《量子綜合調控增強微納自旋體系的量子相干性》是依託武漢大學，由張文獻擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：量子綜合調控增強微納自旋體系的量子相干性
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張文獻
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

在微納尺寸自旋體系中，由於電子密度的局域效應，電子自旋同周圍原子核自旋的耦合強度隨原子核位置劇烈改變。當多次注入電子自旋時，原子核自旋的極化率呈現局域飽和現象；當多次注入電子自旋對時，原子核自旋間的關聯被選擇性加強。我們將結合解析簡單模型和數值模擬物理體系的方法，以半導體量子點體系為對象，全面考慮原子核自旋間的偶極相互作用，細緻系統地研究微納尺寸自旋體系的長時間退相干過程以及原子核自旋動態極化和關聯增強的物理過程，尤其關注原子核自旋的狀態變化及長時間的穩態性質。利用高度極化的局域原子核自旋和加強的原子核自旋全局關聯，結合動態退耦合的相干調控方法，設計綜合的量子調控方案，增強電子（中心）自旋的相干性。本項目的研究成果將加深人們對實驗現象和結果的理解，為進一步深入的實驗提供物理支撐和理論指導，促進基於微納尺寸自旋體系的量子存儲器的套用研究。

結題摘要

在半導體量子點中，當多次注入電子自旋時，原子核自旋的極化率呈現局域飽和現象；原子核自旋間的關聯被加強。我們結合解析簡單模型和數值模擬物理體系的方法，細緻系統地研究了該微納尺寸自旋體系的長時間退相干過程以及原子核自旋動態極化增強的物理過程，尤其關注原子核自旋的狀態變化及長時間的穩態性質。我們發現動態極化後的原子核自旋極化率在空間分布上是高度非均勻的。同時我們從這個非均勻分布的核自旋狀態出發，研究了半導體量子點中電子自旋退相干時間的延長。我們發現在較低的極化率的情況下，電子自旋的相干時間可以延長100倍。這種延長效果的物理原因，我們歸結為高度極化的中心區的原子核自旋對電子自旋的保護效應。 利用原子核自旋的動態極化過程產生的非均勻極化初態，我們研究了量子存儲器的寫入和讀取效率對原子核自旋極化率的依賴關係。我們發現極化率空間分布非均勻的的原子核自旋可以顯著地提高寫入和讀取的效率。與均勻極化的原子核自旋初態相比較，如果設定寫入和讀取的效率為80％，那么原子核自旋的極化率可以從均勻情況的80％下降到非均勻情況的50％。 另外，利用原子核自旋的動態極化過程產生的非均勻極化初態，我們研究了不同電子初態的退相干過程。我們發現退相干時間在非均勻極化的情況下存在明顯的各向異性。我們的數值模擬結果表明，非均勻極化的極化率越高，退相干時間的各向異性越明顯。在相同的極化率情況下，量子點的非均勻性越高，退相干時間的各向異性越高。利用這個規律，我們可以實現對半導體量子點中原子核極化率的非均勻性進行定量的測量。本項目的研究成果加深了人們對半導體量子點中動態原子核自旋極化實驗現象和結果的理解，為進一步深入的實驗提供物理支撐和理論指導，將促進基於微納尺寸自旋體系的量子存儲器等量子器件的套用研究。