利用单失谐光脉冲超快控制施主束缚电子自旋

在半导体中控制自旋的能力对于自旋电子学和量子信息处理等多个领域至关重要。由于固态中自旋可能具有极短的退相干时间 [1-3]，因此可能需要皮秒或更快时间尺度的自旋控制。这种速度无法通过基于微波源的标准电子自旋共振 (ESR) 技术实现，但可以通过宽带光脉冲达成。一种有前景的超快技术利用三能级 Lambda 系统中失谐于共振的单宽带脉冲 [4]。该技术对光脉冲缺陷具有鲁棒性，且不需要固定的光学参考相位。在此，我们从理论和实验上展示了自旋相干操控的原理。利用该技术，我们实现了单脉冲面积超过 $\pi/4$ 以及双脉冲面积超过 $\pi/2$ 的施主束缚电子自旋旋转。我们认为所达到的最大脉冲面积并非该技术的根本极限，在其他材料系统中可实现更大的脉冲面积。该技术的应用范围涵盖从基础固态 ESR 波谱学到任意单量子比特旋转 [4, 5] 以及用于量子计算的 bang-bang 控制 [6]。