四电子双量子点人工分子的激发谱、自旋结构与纠缠特性

利用精确对角化方法，研究了横向双量子点中四电子系统的能谱、自旋构型以及纠缠特性，并将其作为量子点间距、外加磁场和电子间排斥强度的函数。与圆形单量子点相比，发现了截然不同的量子行为。作为磁场的函数，能谱呈现出一个由六个态组成的低能带，数字六源于四电子总自旋的守恒及由此产生的自旋简并。这六个态在单一磁场值处发生交叉，且交叉点随量子点间距增大而变得更加尖锐。随着库仑排斥强度的增加，这六个态趋于简并，并且一个明确的能隙将它们与能量更高的激发态分隔开。低能带的出现是维格纳超分子形成的结果，四个电子（每个量子点两个）定域在一个矩形平行四边形的顶点上。利用自旋分辨的配对关联函数，可以将精确对角化多体波函数映射到与四个定域电子相关的自旋函数上。讨论了与纳米磁体（例如有限海森堡团簇）的类比。确定相关自旋函数的能力使得能够研究四电子系统的纠缠特性。特别地，维格纳超分子的形成产生了属于强纠缠态类别的精确对角化解，在量子信息文献中这些态被称为N量子比特迪克态。