平面 Ge/GeSi 异质结构中的线动量自旋轨道相互作用与自旋量子比特

我们使用原子级紧束缚方法研究了 Ge/GeSi 异质结构价带中线性于动量的自旋轨道相互作用的存在。我们表明，Ge/GeSi 界面的对称性破缺为重空穴带来了线性的 Dresselhaus 型相互作用。该相互作用源于界面诱导的重空穴/轻空穴混合，并可通过对方均 Luttinger-Kohn 四带 $\vec{k}\cdot\vec{p}$ 哈密顿量的适当修正来刻画。它依赖于 Ge/GeSi 界面的陡度，并在互扩散足够强时被抑制。除 Dresselhaus 相互作用外，Ge/GeSi 界面还对空穴的面内回转 $g$ 因子有贡献。紧束缚计算还突出了由 Ge/GeSi 异质结构低结构对称性所赋能的重空穴/轻空穴流形与导带之间耦合产生的小线性 Rashba 相互作用。这些相互作用可被用来驱动空穴自旋。线性 Dresselhaus 相互作用尤其可能主导面外磁场下器件的物理。然而，当磁场位于面内时，它通常远不如由量子点在不可分离、非均匀电场与应变中运动所产生的 $g$ 张量调制机制高效。