硅中原子尺度的谷干涉与自旋交换
介观与纳米尺度物理
2021-05-25 v1
摘要
隧穿是一种无经典对应的基本量子过程，它可与库仑相互作用竞争从而产生复杂现象。硅中的磷掺杂剂可以原子精度放置，以探究由这种竞争产生的不同机制。然而，它们利用依赖晶体能带对称性的波函数，而隧穿相互作用本质上对其敏感。在此，我们利用扫描隧穿显微镜直接成像硅中耦合原子间的晶格非周期谷干涉。我们的原子尺度分析揭示了包络各向异性、谷干涉和掺杂剂放置对海森堡自旋交换相互作用的作用。我们发现，通过沿特定结晶学方向设计面内掺杂剂放置，交换可免受谷干涉影响。此时恢复出类真空行为，其中交换最大化至施主轨道间的重叠，并且在考虑掺杂剂定位精度的情况下，对与对之间的变化限制在小于 10 的因子内。这种鲁棒性在很大距离范围内保持，从与高保真量子计算相关的强库仑相互作用机制，到对硅中量子模拟有意义的强耦合施主阵列。
引用
@article{arxiv.2105.10931,
title = {Valley interference and spin exchange at the atomic scale in silicon},
author = {B. Voisin and J. Bocquel and A. Tankasala and M. Usman and J. Salfi and R. Rahman and M. Y. Simmons and L. C. L. Hollenberg and S. Rogge},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.10931},
year = {2021}
}