理解硅量子计算平台中的无序：Si/SiGe量子阱中的散射机制

受近期在Si/SiGe量子阱中实现高电子迁移率与大谷劈裂协同设计的实验[B. Paquelet Wuetz等人，Nature Communications 14, 1385 (2023); D. D. Esposti等人，arXiv:2309.02832]的启发，这些量子阱适用于基于硅的自旋量子比特量子计算平台，我们通过理论计算各种散射机制的迁移率和量子迁移率及其对电子密度的依赖性，来研究无序的作用。在低电子密度$n_e < 4 \times 10^{11}$ cm$^{-2}$时，我们发现迁移率受覆盖层中的远程库仑杂质限制，而在较高密度下，界面粗糙度成为显著的制约因素。我们还发现，在所报道的高迁移率结构中，合金无序散射并非限制机制。我们利用Anderson-Ioffe-Regel局域化准则估计了无序驱动的低密度金属-绝缘体转变的临界密度，并定性地解释了低密度下Boltzmann-Born理论的失效。我们还通过考虑系统中由长程库仑无序引起的非均匀密度涨落来估计临界密度，发现得到的临界密度大于从Anderson-Ioffe-Regel准则获得的临界密度。对于量子迁移率，我们的计算表明，在所有密度下，远程和远处的背景杂质可能是主要的散射限制源。未来的量子迁移率测量应能提供更多关于SiGe势垒内背景杂质分布的信息。此外，我们将理论分析扩展到量子简并对输运性质的影响，并预测了在外加平行磁场下自旋极化的高迁移率结构中的迁移率和金属-绝缘体转变的临界密度。