实际硅量子点中谷态的电子 g 因子

我们对与量子计算和自旋电子学相关的硅量子点器件中的自旋轨道相互作用进行了理论建模。我们的模型基于带有自旋谷边界条件的修正有效质量方法，该方法由垂直于界面的电场存在下的界面对称性推导而来。两个最低谷态中的 g 因子重整化可由界面诱导的自旋轨道 2D（3D）相互作用解释，该作用有利于谷间自旋翻转隧穿而非谷内过程。我们表明，量子点能级结构对 g 因子的高阶影响可忽略不计。我们计算了 g 因子作为磁场方向的函数，该函数对界面对称性敏感。我们确定了在某些磁场方向上自旋量子比特退相干的最佳工作点，在这些方向上 g 因子重整化为零：包括垂直于界面的磁场方向，以及面内方向，后者由界面诱导的自旋轨道常数定义。g 因子对电场的依赖性使得对编码的少电子自旋量子比特进行快速全电控操作成为可能，而无需纳米磁体或核自旋背景。我们这种几乎完全解析的理论方法，有助于更深入地物理理解自旋轨道耦合对硅自旋量子比特的重要性。