硅量子点中因自旋 - 谷混合导致的自旋弛豫

我们研究了硅量子点中电子自旋量子比特因电噪声而产生的弛豫。特别地，我们阐明了导带谷的存在如何影响自旋弛豫。在单谷半导体量子点中，自旋弛豫是通过自旋 - 轨道相互作用混合自旋态和包络轨道态实现的。在硅中，弛豫也可能通过混合自旋态和谷态发生。我们发现，通过自旋 - 谷混合和电噪声这一额外的自旋弛豫通道，对于硅量子点中的电子自旋确实至关重要。通过综合考虑硅器件中的自旋 - 谷混合和谷内自旋 - 轨道混合以及 Johnson 噪声，我们发现自旋弛豫率在热点处达到峰值，此时塞曼分裂与谷分裂相匹配。此外，由于较弱的场依赖性，在低磁场下，由 Johnson 噪声引起的自旋弛豫率可能主导声子噪声，这与最近的实验结果吻合良好。