由谷牟相位诱导的 $\mathbb{Z}_2$ 规范场实现的硅量子点阵列中的负交换相互作用

交换相互作用 $J$ 为基于半导体自旋量子计算提供了强大的工具. 然而, 在无磁场下的两电子系统中, 交换相互作用通常受限于非负 $J \geq 0$, 这阻碍了各种动态校正交换基门的构建. 本工作我们展示在无磁场情况下, 由于谷牟自由度的存在, 可在两电子硅量子点阵列中实现负交换 $J < 0$. 具体而言, 点之间存在的谷牟相位差在低能有效理论中产生非平凡的 $\mathbb{Z}_2$ 规范场, 从而可导致负交换相互作用. 此外, 我们表明该 $\mathbb{Z}_2$ 规范场可破坏 Nagaoka 铁磁性, 并可通过改变点阵列的占据来实现. 因此, 本工作揭示了用于交换基量子计算的新工具, 以及研究量子磁性的新设定.