单量子点中的单自旋注入、调控和探测及其在量子信息处理中的应用

半导体低维体系由于其在固态量子信息科学领域的重要应用而受到了广泛的研究。基于半导体自组织量子点的光电器件是研究激子、自旋量子比特的有效途径之一。本项目利用荧光光谱技术，对半导体低维体系在光、电、磁场调控作用下电荷的注入及自旋取向，电子与空穴的弛豫、隧穿、复合及激子波函数的行为等做了深入的研究。通过微纳加工技术制备了利用分子束外延的方法生长的具有半导体InGaAs量子点层和二维电子气层、可以实现单个量子点激发的肖特基结器件，并对器件进行电学测量，通过AFM、TEM对量子点的形貌信息进行表征；搭建了高分辨的低温微区共聚焦显微荧光测量及共振激发光电流测量系统，并研究了InGaAs量子阱中激子相干输运行为；研究了在电场和磁场调控下量子点的荧光光谱，通过电压调制作用，电子空穴库伦相互作用，功率依靠关系等对不同带电激子态的能级进行标定；研究了磁场对载流子被量子点捕获的几率，发现磁场可以调控量子点中的电荷态分布；研究了磁场对量子点中粒子波函数的压缩作用，发现磁场可以调控电子、空穴波函数质心在量子点的生长方向上的相对位置，实现电偶极矩翻转；研究了高激发功率下量子点的磁光光谱，观测到‘正’（‘负’）的反常大抗磁效应，意味着量子点内空穴和二维浸润层（量子点）内电子的复合，标志着零维与二维结构耦合下多体激子态的形成。电场和磁场对量子点中量子态的调控，对量子点激子、自旋的量子比特的初始化，相干操控及读出，对实现固态量子信息处理具有重要的意义。项目执行期间，在Nano Letters, Nano Research, Scientific Reports, Optics Express, Applied Physics Letters等杂志发表了12篇论文。