Electron-Nuclear Spin Manipulation in Semiconductor Quantum Dots by Electrical Currents

通过电流对半导体量子点进行电子核自旋操纵

基本信息

项目摘要

In this project we intend to control of the electron-nuclear spin dynamics in negatively charged quantum dots by a combination of optical and electrical driving pulses. One key ingredient is the usage of quasi-zero-dimensional systems (self-assembled CdSe/ZnSe quantum dots, localization centers in ZnO/ZnMgO quantum wells), where the number of nuclear spins seen by the resident electron is in the range of 100 or even below. The other key ingredient is the usage of micro-/nanoscale coils and wires on top of the semiconductor for applying magnetic field pulses with frequencies above one GHz and amplitudes of 10 mT and beyond on a micrometer length scale. In the preceeding funding period we have been able to demonstrate the technological and experimental feasibility and first proof-of-concept studies have been performed to manipulate the electron-nuclear spin system. Now, we intend to use combined magnetic and optical pulse sequences with tailored transverse and longitudinal field and defined temporal shape (MHz and GHz, -pulses, p/2 pulses etc.) (i) to investigate the fundamental mechanism of (coherent) electron and nuclear spin dynamics, (ii) to study electron and nuclear spin heating, (iii) to induce Rabi oscillations and (iv) finally to develop schemes for a coherent control of the electron-nuclear spin system. Elucidation of these new types of dynamical scenarios represents a starting point for the implementation of quantum logical functions based on the electron-nuclear spin system in quantum dots.
在这个项目中,我们打算通过光和电驱动脉冲的组合来控制带负电荷的量子点中的电子-核自旋动力学。一个关键的成分是准零维系统(自组装的CdSe/ZnSe量子点,ZnO/ZnMgO量子威尔斯阱中的定位中心)的使用,其中由驻留电子看到的核自旋数在100或甚至更低的范围内。另一个关键因素是在半导体顶部使用微/纳米级线圈和导线,用于在微米长度尺度上施加频率高于1 GHz、振幅为10 mT及以上的磁场脉冲。在之前的资助期间,我们已经能够证明技术和实验的可行性,并进行了第一次概念验证研究,以操纵电子-核自旋系统。现在,我们打算使用组合的磁和光脉冲序列,其具有定制的横向和纵向场以及定义的时间形状(MHz和GHz,-脉冲,p/2脉冲等)。(i)调查(相干)电子和核自旋动力学的基本机制,(ii)研究电子和核自旋加热,(iii)诱导拉比振荡和(iv)最后制定计划的电子核自旋系统的相干控制。阐明这些新类型的动力学方案是一个起点,实现量子逻辑功能的基础上,在量子点的电子核自旋系统。

项目成果

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