金属氧化物半导体纳米尺度器件中单个磷掺杂剂的电子自旋弛豫
介观与纳米尺度物理
2019-05-16 v2
摘要
我们分析了一大类金属氧化物半导体（MOS）硅纳米尺度器件中单个离子注入31P掺杂剂的电子自旋弛豫率1/T1，旨在识别源于自旋所处环境特有的自旋弛豫机制。测量在低温（T≈100 mK）下进行，作为外部磁场B0与掺杂剂电化学势μD的函数。我们观察到对于B0≳3 T，形式为1/T1∝B0^5的磁场依赖性，对应于体材料中掺杂剂典型的声子诱导弛豫。然而，不同器件间的弛豫率相差高达两个数量级。我们将这些差异归因于掺杂剂位置处晶格应变的变化。对于B0≲3 T，两个器件的弛豫率变为1/T1∝B0。这与由制备于掺杂剂上方的金属结构所产生的倏逝波Johnson噪声引起的弛豫一致。在此低场下，其中T1>1 s，我们还观测并量化了当自旋激发态|↑⟩的电化学势接近电荷库中的空态时1/T1的伪增加，导致自旋依赖隧穿将自旋重置为|↓⟩。这些结果对影响MOS纳米尺度器件中自旋弛豫的微观现象提供了宝贵见解，并为设计具有更长自旋寿命的自旋量子比特提供了策略。
引用
@article{arxiv.1812.06644,
title = {Electron spin relaxation of single phosphorus donors in metal-oxide-semiconductor nanoscale devices},
author = {Stefanie B. Tenberg and Serwan Asaad and Mateusz T. Mądzik and Mark A. I. Johnson and Benjamin Joecker and Arne Laucht and Fay E. Hudson and Kohei M. Itoh and A. Malwin Jakob and Brett C. Johnson and David N. Jamieson and Jeffrey C. McCallum and Andrew S. Dzurak and Robert Joynt and Andrea Morello},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.06644},
year = {2019}
}
备注
14 pages, 8 figures. Version 2 has extensive text revisions, typo corrections, and two extra authors