拓扑量子材料的独特电子性能,例如受保护的表面状态和外来的准粒子,可以提供带有垂直磁各向异性磁铁的外部无磁场磁力切换所需的平面自旋偏振电流。常规自旋 - 轨道扭矩(SOT)材料仅提供平面自旋偏振电流,而最近探索的具有较低晶体对称性的材料可提供非常低的平面自旋偏振电流组件,不适用于能量固定的SOT应用。在这里,我们使用拓扑WEYL半候选牛头牛Tairte 4具有较低的晶体对称性,在室温下在室温下表现出大型的脱离平面阻尼样SOT。我们基于Tairte 4 /ni 80 Fe 20异质结构进行了自旋 - 扭矩铁磁共振(STFMR)和第二次谐波霍尔测量,并观察到大型平面外阻尼样的SOT效率。估计平面外旋转大厅的构成为(4.05±0.23)×10 4(ℏ⁄ 2 e)(ωm)-1,这比其他材料中报道的值高的数量级。
Kitaev 蜂窝模型在量子自旋液体的探索中起着关键作用,其中分数准粒子将在无退相干拓扑量子计算中提供应用。关键因素是键依赖的 Ising 型相互作用,称为 Kitaev 相互作用,它需要自旋和轨道自由度之间的强纠缠。在这里,我们研究了显示稳健 Kitaev 相互作用的稀土材料的识别和设计。我们通过开发专为大规模计算而设计的并行计算程序,仔细研究了所有可能的 4 f 电子配置,这需要微扰过程中多达 600 多万个中间态。我们的分析表明,在所有 Kramers 二重态的实现中,各向同性的 Heisenberg J 和各向异性的 Kitaev K 相互作用之间都存在主要的相互作用。值得注意的是,具有 4 f 3 和 4 f 11 配置的实例展示了 K 相对于 J 的普遍性,这为探索化合物(包括 Nd 3 + 和 Er 3 +)中的 Kitaev 量子自旋液体带来了意想不到的前景。
我们检查了自旋影响对纳米何纳米式托管零能量模式的非平衡传输特性的影响,并与铁磁铅与量子点连接耦合。使用实时示意技术,我们确定了非线性响应制度中的电流,差分电导和电流互相关。我们还探索了系统的不同磁性构型中的传输,可以通过隧道磁场量化。我们表明,Majorana准粒子的存在在所有自旋分辨传输特性中都产生了独特的特征,尤其是零偏置异常,负差分电导,负隧道磁磁性,并且在当前的交叉相交中也会反映出来。此外,我们研究了零偏置异常对各种系统参数的依赖性,并证明了其对系统的磁构型的依赖性以及铅中的自旋极化程度。也发现了隧道磁场抗性的高度非平凡行为,该磁力磁力表现出增强或负值的区域,这是由耦合到Majoragaina丝导致的新特征。
计算是一个机械过程。计算机通过操纵物理系统编码位的处理信息,而量子计算机操纵量子机械系统中的编码。此过程非常细腻且容易出错,因此我们必须开发容忍度的计算协议,以使量子计算机有用。量子误差校正代码提供了一种在软件级别开发容错的手段。本课程将探索拓扑量子计算(TQC),作为在硬件级别上实现故障容忍度的一种手段,通过将信息纳入物质的拓扑阶段,这些信息本质地保护了局部变形和相互作用。TQC承诺可扩展的量子计算,它在物理,工程和数学方面的尖端研究的十字路口。本课程将介绍数学机械建模TQC。主要参与者是任何人,辫子和类别:辫子的人,它们是仅在二维系统中存在的某些准粒子,导致单一状态转换在编码量子上实现逻辑上的门。Anyons的数学理论既不是玻色子也不是福音,因为单一模块化张量类别中的简单对象非常有趣,并且本课程将从始终开始发展。
分数量子霍尔 (FQH) 相是由于强电子相互作用而出现的,其特征是任意子准粒子,每个准粒子都具有独特的拓扑参数、分数电荷和统计数据。相反,整数量子霍尔 (IQH) 效应可以从非相互作用电子的能带拓扑中理解。我们报告了所有 FQH 和 IQH 跃迁中临界行为的令人惊讶的超普适性。与预期的状态相关临界指数相反,我们的研究结果表明,对于分数和整数量子霍尔跃迁,临界标度指数 κ = 0.41 ± 0.02 和局域长度指数 γ = 2.4 ± 0.2 相同。从中,我们提取了动力学指数 z ≈ 1 的值。我们已经在超高迁移率三层石墨烯器件中实现了这一点,其中金属屏蔽层靠近传导通道。在之前的研究中,由于在传统半导体异质结构中 κ 的测量值存在显著的样本间差异,而长程关联无序占主导地位,因此在各种量子霍尔相变中观察到的这些全局临界指数被掩盖了。我们表明,稳健的标度指数在短程无序关联的极限下是有效的。
近表面量子阱的另一个有趣应用是拓扑量子器件。一种使用近表面量子阱的令人兴奋的固态方法是基于马约拉纳粒子的量子比特,其中量子信息被编码在非局域费米子态中。与其他建议的平台相比,这种编码量子比特的方式具有很大的优势,因为其他平台通常存在相干时间短的问题。由于量子信息被编码在非局域状态中,它将受到保护而不会受到局部扰动,因此具有非常长的相干时间的潜力。[2] 然而,即使状态受到保护而不会受到局部扰动,也可以通过马约拉纳粒子的物理交换(编织)来操纵状态,这是由于它们的非阿贝尔统计特性。[3] 理论上已经证明,如果将由夹在两个超导体之间的一维半导体组成的约瑟夫森结放置在垂直于自旋轨道相互作用的磁场中,就会出现马约拉纳准粒子。 [4,5] 达到拓扑相的必要条件之一是超导间隙的关闭和重新打开。超导间隙由磁场关闭,磁场通过对齐电子自旋来破坏库珀对,然后重新打开需要强大的自旋轨道相互作用来阻止电子自旋的对齐。[6]
引言 纵观人类历史,技术的重大进步通常都伴随着材料革命。例如石器时代后青铜工具的发明、铁取代青铜、受工业革命刺激并推动的钢和铝冶金术的发展,以及使当今数十亿美元科技领域大部分得以实现的硅的优化和表面钝化。今天,量子材料领域类似的颠覆性进步可能源自新兴的量子信息科学 (QIS) 领域,该领域利用量子自由度进行信息存储和处理。1 操纵和利用量子态的技术将彻底改变当前的计算、传感、存储和通信范式。“量子材料”一词的范围相当广泛,涵盖了所有性质主要由量子力学原理和现象决定的材料。量子材料与其他材料的一个主要区别在于它在宏观长度尺度上表现出量子力学效应。事实上,一切物质都是依据微观尺度上的量子力学原理,由基本量子粒子和准粒子(即电子、空穴、自旋和声子)构成的,例如
动力电感探测器(儿童)是超导能量分解检测器,对从近红外到紫外线的单个光子敏感。我们研究了由β-相触觉(β -TA)电感器和NB -TI -N互插电容器组成的杂种KID设计。设备显示的平均内在质量因子Q I为4.3×10 5±1.3×10 5。为了增加光敏感应器捕获的功率,我们在蓝宝石基板的背面打印了150×150 µm树脂微胶片的阵列。设计和印刷镜头之间的形状偏差小于1 µm,并且该过程的比对精度为δx = + 5.8±0.5 µm,δy = + 8.3±3.3 µm。我们测量1545–402 nm的解决功率,在孩子的相响应中限制为4.9。我们可以与光子事件产生的准粒子数量的演化对相响应中的饱和度进行建模。具有线性响应的替代坐标系将分辨能力提高到402 nm的5.9。,我们使用激光源和单色器通过两行测量来验证测得的分辨力。我们讨论了可以在具有高分辨率能力的儿童阵列的途径上对设备进行的一些改进。
量子位或量子位定义为量子系统的两个状态[1],用于存储和处理量子信息,以类似地与位置在日常,标准,计算机中存储和处理信息的方式。尽管量子计算机比其经典尺度上具有许多优势,但我们仍然无法控制将噪声引入系统的各种机制,以利用较大量子阵列的完整功能。噪声可以降低量子的相干时间,这是量子量子在不可逆转地丢失信息之前保持一定状态的时间。目前,具有量子机械自由度的宏观超导电路是错误耐受量子计算的领先候选者。我们将这些简单地称为超导量子。尽管有数十年的先前工作的其他体系结构,例如原子钟,是由于易于制造(半导体处理),控制(利用雷达/无线技术)以及商业低温系统中突破性的操作而引起的。 尽管自1980年代首次亮相以来,电子连贯时间的相干时间超过六个数量级,并且对竞争的上述优势,但非平衡准粒子(QPS)(第4页)和两级系统(TLS)(TLS)>>/div>>/div>>/div>>/div>>/div>>/div>>/div>>是由于易于制造(半导体处理),控制(利用雷达/无线技术)以及商业低温系统中突破性的操作而引起的。尽管自1980年代首次亮相以来,电子连贯时间的相干时间超过六个数量级,并且对竞争的上述优势,但非平衡准粒子(QPS)(第4页)和两级系统(TLS)(TLS)
基态和电子激发态之间的能隙。在超导基态,电子配对为超导电荷载体,称为库珀对 [3],由于声子发射/吸收引起的弱引力,其结合能为 2 Δ。当超导体吸收能量时(例如来自足够高能量的光子),库珀对会分解为从基态激发出的电子,称为“准粒子”。通常,准粒子激发的超导能隙 Δ 比光子的能量(meV 对 eV)小几个数量级。因此,可见光或近红外波段的单个光子可以产生数百或数千个准粒子激发。计算单光子吸收事件后准粒子激发的数量已被证明是一种成功的检测方法,可用于超导隧道结 (STJ) 和动能电感探测器 (KID)。计算准粒子激发的另一种方法是使用基于微量热计的能量分辨探测器,例如过渡边缘传感器 (TES),它可以用灵敏的温度计测量单光子吸收后的温度变化 [4]。最后,当电流密度超过电流密度的“临界”值 J c 时,超导材料在固定温度下的特性切换已被利用来实现超导