Badania dynamiki spinu w kropkach kwantowych SiGe
W ramach finansowanego ze środków UE projektu SPIDERMAN (Electronic transport and spin dynamics through SiGe self-assembled quantum dots) badano potencjał zastosowania nanostruktur krzemowo-germanowych (SiGe) do budowy kubitów spinowych. Spiny elektronów Si i Ge mogą mieć długie czasy relaksacji i koherencji ze względu na niewielkie oddziaływania nadsubtelne. Stwierdzono, że czasy koherencji spinu elektronów krzemu mogą sięgać nawet sekundy. Znacznie mniej wiadomo jednak na temat dziur ograniczony, które mają jeszcze słabsze oddziaływania nadsubtelne. Partnerzy projektu SPIDERMAN podjęli wyzwanie wytworzenia układów kropek kwantowych SiGe z nanostruktur. Nanostruktury SiGe powstały w drodze samoorganizacji poprzez wzrost heteroepitaksjalny w niedopasowanych siatkach krystalicznych, z osadzaniem germanu na podłożu krzemowym. W toku projektu naukowcom udało się dokonać modulacji współczynnika g dziur w nanostrukturach SiGe, a tym samym uzyskać reakcję spinu dziury ograniczonej w SiGe na zewnętrzne pole magnetyczne. Uzyskano gigantyczne modulacje po przyłożeniu pola elektrycznego zgodnie z kierunkiem wzrostu. Możliwość elektrycznego strojenia współczynnika g dziur w kropkach kwantowych jest bardzo pożądanym rozwiązaniem na przykład w komputerach kwantowych i spintronice. Aby wyjaśnić tę niezwykłą właściwość, naukowcy wykorzystali hamiltonian Luttingera opisujący strukturę pasma podstawowego. Silną modulację współczynnika g dziur przypisano względnemu przemieszczeniu funkcji fal dziur ciężkich i lekkich po przyłożeniu pola elektrycznego. Wyniki projektu SPIDERMAN sugerują, że spinami dziur w samoorganizowanych nanostrukturach SiGe można elektrycznie manipulować z częstotliwościami rzędu 100 MHz. Przeprowadzone prace doświadczalne potwierdzają dotychczas rzadko poruszany w badaniach potencjał wykorzystania dziur jako kubitów spinowych. Wykonano tym samym pierwsze ważne kroki w kierunku uzyskania kubitu spinowego bazującego na dziurze w samoorganizowanych nanostrukturach SiGe.
Słowa kluczowe
Dynamika spinu, kropki kwantowe, spin elektronu, SPIDERMAN, krzemowo-germanowe, współczynnik g dziur
