栅极可调石墨烯量子点中的束缚态与磁场诱导的谷分裂

基于狄拉克方程，解析研究了由静电栅极定义的有隙单层和双层石墨烯量子点 (QD) 中能级的磁场依赖性。由于这类量子点中不存在尖锐边缘，谷自由度是一个好量子数。我们表明，其简并性可以通过垂直于石墨烯平面施加的磁场有效且可控地打破。这为在石墨烯量子点中创建定义明确且可控的自旋和谷量子比特开辟了一条可行的途径。我们还指出了单层和双层石墨烯量子点能谱的异同。在双层石墨烯的情况下，引人注目的是穿过能隙的异常体朗道能级 (LL)，这导致在大磁场下量子点态与该体朗道能级发生交叉，这与不存在该朗道能级的单层情况形成鲜明对比。双层情况下能隙的可调性使我们能够观察到不同的能级间距区域，这些区域直接与体带结构中明显的“墨西哥帽”形成有关。我们讨论了此类量子点在控制和测量谷同位旋方面的适用性，以及它们在承载和控制自旋量子比特方面的潜在用途。