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400 K 以上亚铁磁铕铁石榴石上拓扑绝缘体 (Bi,Sb)2Te3 中基于巨大贝里曲率的异常霍尔效应
摘要：为了实现高温下的量子反常霍尔效应（QAHE），采用磁邻近效应（MPE）的方法，破坏拓扑绝缘体（Bi0.3Sb0.7）2Te3（BST）基异质结构中的时间反演对称性，并与具有垂直磁各向异性的亚铁磁绝缘体铕铁石榴石（EuIG）形成异质结构。这里我们证明了大的异常霍尔电阻（R AHE），在 300 K 时超过 8 Ω（ρ AHE 为 3.2 μ Ω · cm），并在 35 个 BST/EuIG 样品中维持到 400 K，超过了 300 K 时 0.28 Ω（ρ AHE 为 0.14 μ Ω · cm）的过去记录。大的 R AHE 归因于 BST 和 EuIG 之间原子突变的富 Fe 界面。重要的是，AHE 环的栅极依赖性随着化学势的变化没有显示出符号变化。这一观察结果得到了我们通过在 BST 上施加梯度塞曼场和接触势进行的第一性原理计算的支持。我们的计算进一步表明，这种异质结构中的 AHE 归因于固有的贝里曲率。此外，对于 EuIG 上的栅极偏置 4 nm BST，在高达 15 K 的负顶栅电压下观察到与 AHE 共存的明显的拓扑霍尔效应（THE 类）特征。通过理论计算的界面调谐，在定制的磁性 TI 基异质结构中实现了拓扑不同的现象。关键词：拓扑绝缘体、磁性绝缘体、异常霍尔效应、磁邻近效应、第一性原理计算、贝里曲率
在栅极定义的Inas＆sol; al nanowires中的Andreev结合态的非局部电导光谱
在半导体的纳米线（NWS）中，通过一层超导体，来自正常金属接触的隧道频谱揭示了粒子孔象征符号符号符号符号符号符号（ABSS），该状态（ABSS）位于设备中，由电气孔，设备，设备界限，或限制在设备内部，或者。Andreev反射的过程在存在超导间隙的情况下实现了可测量的电流。在正常和超导相之间的边界上的电子和孔之间反映了与相结合镜的光子反射相似[2-4]。最近，已经意识到一种设备的几何形状，可以在两个正常的导线上测量连接到相同近端的NW的频率电流，同时使母体超导体接地[5，6]。非局部电导被测量为在一个探针上的差分电流响应，以响应在另一个探针上施加的差分电压。对于小于超导间隙的施加电压，非局部运输是由夫妇到相关隧道探针的Andreev状态介导的。观察研究预测了具有特定自旋轨道和Zeeman效应的NWS拓扑相变的非局部相变的特征签名[7-10]。与局部和非局部电导有关的特征对称关系已通过实验报告[5]。在实验中也报道了在非局部电导段中在非局部电导率中测得的诱导间隙的结束[6]。使用相同的传输过程，已使用与一个超导和两个正常导线耦合的量子点来证明Cooper-Pair分裂[11-14]。在蒸汽液体固定的NWS和碳纳米管中，已报道了由量子点状态诱导的亚段状态的非局部态度[13、15、16]。
镱离子阱 量子计算
经典计算机的历史是从使用真空管的初始概念验证，到最终完善的现代硅基架构而发展起来的。现在，量子计算机正从概念验证转向实用设计，并且正处于扩展到越来越多相干、连接良好的量子比特的阶段。自从 Cirac 和 Zoller 证明了一种将任意幺正运算应用于离子线性阵列的可行方法 [1] 以来，离子量子计算机一直是量子计算发展的有力竞争者。最近，霍尼韦尔 [2] 和 IonQ [3] 推出了两台使用镱的工业量子计算机。这些计算机采用镱同位素离子 171 Yb + 最外层 S 壳层的价电子来编码量子比特的状态。有两种相互竞争的架构：MUSIQC 和 QCCD [4,5]。为什么要使用稀土元素呢？ [Xe] 4f 14 6s 1 电子构型之所以具有吸引力，是因为它通过使用 P 轨道实现了超精细到光学的耦合。此外，它相当容易实现。有几种元素和同位素可能适合这种构型。为什么特别选择 171 Yb +？选择这种同位素的动机是需要核自旋 1/2、观测稳定性和一阶塞曼不敏感时钟状态。可以考虑放射性同位素，但同位素必须足够稳定和普遍，以便与典型的金属源隔离。此外，我们要求电离能合理，电离原子带正电。171 Yb + 是唯一满足这些限制的同位素。
自主的有效框架...
该提案描述了基于爱因斯坦De-Haas实验的布置。外部施加的磁场通过将微波功率频率降低到铁氧体芯周围的线圈，从而磁化了铁氧体芯。铁磁共振是由于Zeeman拆分对材料的宏观磁化而导致自旋进液磁矩相互作用的影响。核心在铁磁共振时达到负渗透性。由于负渗透性，铁素体将磁化点抵消到施加的直流电场上给出的铁氧体芯的一端。在某些情况下，负渗透性可能导致磁场的驱逐，导致B等于材料内部的B。这种诱发的现象与在超导体中观察到的Meissner效应有些类似。在负渗透性的情况下，负磁反应有效地将材料的内部屏蔽到外部磁场上。磁场的卷曲为零，导致移动电荷载体上等于零的净力。简介：一种有趣的科学现象，但尚未理解的是磁性。磁性材料用于许多重要的技术，从大规模发电，存储，传输电动机和发电机的高性能磁铁到纳米级上的磁性信息，包括使用SpinTronics概念的存储，逻辑和传感器设备。物质的磁性继续引起科学的好奇心和想象力。电子的自旋是磁性的基本组成部分，铁磁，铁磁和抗磁磁性材料的多样性以及磁磁性和磁磁材料的多样性是由附近电子旋转的材料中附近电子旋转的不同耦合产生的。磁性材料的特征，行为和效用受材料内部竞争相互作用引起的显微镜旋转构型的影响。外源磁，电场和光场以及光本身都会影响或修改磁化本身。这为将来的超湿，超快速和低功率微电子系统的发展打开了大门。即将到来的技术时代（IoT）时代将受到技术，经济，环境和社会的这些成就的影响[1]。
通过实验测试量子场论概念......
指定多体量子系统状态所需的参数数量随其成分数量呈指数增长。这一事实使得在计算上难以准确描述动力学并在微观层面上表征状态。在本论文中，我们采用量子场论概念来实验性地表征远离平衡态的旋量玻色气体。首先，我们引入相关概念，这些概念为新兴宏观现象提供有效描述，其公式与超冷原子系统的能力相匹配。在我们的实验研究中，我们在准一维陷阱几何中采用 87 Rb 旋量玻色-爱因斯坦凝聚态。我们通过测量自旋自由度的波动来探索相图作为有效二次塞曼位移的函数，并确定三个不同的相。利用这些知识，我们研究了在分离不同相的量子相变中发生瞬时淬灭后发生的不稳定性。这些不稳定性使我们能够以高度可控的方式将系统驱动到远离平衡状态。在淬火后的很长一段时间内，我们观察到与非热不动点的出现相关的通用动力学。横向自旋角取向的结构因子具有在时间和空间中的重新缩放，具有通用指数以及通用缩放函数。利用实验控制，我们探测了这种现象对初始条件细节的不敏感性。复值横向自旋场的空间分辨快照允许提取单粒子不可约关联函数，这是量子有效作用的基石。我们发现在高度占据状态下出现了低动量的 4 顶点的强烈抑制。引入的概念与提出的实验适用性为研究多体系统在其演化的所有阶段提供了新方法：从初始不稳定性和远离平衡的瞬态现象到最终的热化。
工程光学晶格中的高效量子门和算法
光晶格中的超冷原子具有高度的可控性和较长的退相干时间。例如，物质多体系统中的奇异相互作用可以控制光晶格并探测高阶量子现象1，2。此外，光晶格中的超冷原子可以包含各种类型的相互作用。这些包括晶格缺陷，电子-电子相互作用，电子-声子相互作用和自旋轨道耦合（即SOC）3。因此，已有多篇报道研究了利用光晶格中的超冷原子来研究强关联量子系统4 – 8。通常，光晶格中的超冷原子遵循超流体状态并产生晶格无序。然而，当相邻原子之间的隧穿速率较小时，它可以遵循莫特绝缘体区域，并可以获得均匀的晶格结构9，10。有趣的是，这种结构为量子门和量子算法提供了有前途的平台 11、12。在参考文献 13 – 19 中，已经使用光学晶格实现了量子门。此外，在参考文献 20 – 22 中，光学晶格中的捕获原子已被用于实现量子门和算法。在这项工作中，我们考虑了结合自旋轨道耦合和塞曼分裂的捕获超冷原子的情况。因此，我们表明，基于我们的方案可以实现量子门和算法，与以前报道的方法相比，其性能更好（就处理时间而言）。例如，我们研究了使用所提出的方案实现受控非门和 Toffoli 门电路。此外，还提出并评估了 Simon 算法 23 和黑盒字符串查找算法。结果表明，实现此类门和算法所需的门数（以及所需的处理时间）明显小于以前报道的实现。论文提纲如下：“模型”部分，我们介绍了模型和哈密顿量。“工程格子中的新电路”部分，我们介绍了量子门电路并讨论了它们的性能。“量子算法”部分专门介绍量子算法方案。最后，“结论”部分包括结束语。
二维空间中 skyrmion 的量子态......
Skyrmion 从高能物理进入材料科学 1 ，在那里它们被引入来模拟原子核 2-4 。它们是拓扑保护磁存储器的潜在候选者 5-7 。 Skyrmion 的拓扑稳定性源于连续场在连续几何空间上映射的离散同伦类，例如，将三分量恒长自旋场映射到磁性薄膜的二维空间。它依赖于二维海森堡模型的平移（准确地说是共形）不变性。一旦这种不变性被晶格破坏，skyrmion 就会变得不稳定，不会坍缩 8 ，必须通过额外的相互作用来稳定，比如 Dzyaloshiskii-Moriya、磁各向异性、塞曼等。在典型的实验中，skyrmion 的大小由磁场控制。当尺寸低于一定值时，交换相互作用总是占上风，而 skyrmion 会坍缩 9。观察到的 skyrmion 纹理通常包含数千个自旋。即使是实验中最小的纳米级 skyrmion 也包含数百个自旋。此类 skyrmion 由 Lorentz 透射电子显微镜 10 成像，通常被视为经典物体。然而，随着 skyrmion 变得越来越小，人们必须预料到量子力学在某个时候会发挥作用。这项工作的动机是观察到 skyrmion 经典坍缩为晶格的一个点与量子力学相矛盾。它与不确定性原理相矛盾，就像电子坍缩到质子上一样。然而，当前的问题比氢原子的问题要困难得多。skyrmion 拥有的大量自旋自由度类似于多电子原子的问题，对于多电子原子，无法对其进行量子态的分析计算。过去，人们已经研究过 skyrmion 量子行为的某些方面。基于 Thiele 动力学与磁场中带电粒子运动的类比，人们研究了 skyrmion 在钉扎势中的量子运动 11 。人们通过从自旋场的拉格朗日量推导出 Bolgoliubov-de Gennes 哈密顿量，解决了手性磁体中的磁振子-skyrmion 散射 12 。通过开发
通过单电子自旋优化量子传感......
基于单个固态旋转的量子传感器有望敏感性和空间分辨率1 - 20的独特组合。感应的关键挑战是在给定时间内并具有高动态范围内达到最小估计不确定性。自适应策略来实现最佳的表现，但是苛刻的实验要求阻碍了它们在固态系统中的实施。在这里，我们意识到自适应D.C.通过将钻石中电子自旋的单次读数与快速反馈相结合来感测。通过基于预先的结果实时调整自旋读数基础，我们在拉姆西互联网中表现出了超过标准测量极限的敏感性。此外，我们通过模拟和实验发现，自适应方案在考虑到开销和有限的估计时间时，与最知名的非自适应方案相比，具有独特的优势。使用优化的自适应协议，我们在1.78吨的范围内实现了6.1±1.7 nt Hz -1/2的磁场灵敏度。这些结果为固态传感器开辟了一类新的实验，其中利用了对测量历史的实时知识以获得最佳性能。量子传感器有可能通过利用对单个量子系统的控制来实现前所未有的灵敏度1,2。在一个突出的示例中，基于与钻石中氮的空位（NV）中心相关的单电子旋转的传感器资本资本利用了旋转的量子相干性以及由原子样电子波函数引起的高空间分解3,4。最近，它开创性实验已经证明了磁场5 - 7，电场8，温度9,10和菌株11的单旋传感。NV传感器有可能对生物学领域12-15，纳米技术16 - 18和材料科学产生革命性的影响。基于自旋的磁力计可以感觉到D.C.通过Zeeman偏移E Z =ħγB=ħ2πfB（其中γ是Gyromag-Netic Batio，而F B是Larmor频率）在两个自旋水平| 0>和| 1>之间。在拉姆西干涉测量实验中，由π/ 2脉冲制备的叠加态（1/2√）（| 0> + 1>）将在感应时间t上演变为（1/2√）（| 0> + e i i或）。可以通过在适当的基础上读取自旋，通过调整第二π /2脉冲的相位ϑ来测量φ=2πfb t。对于以恒定感应时间t重复的拉姆西实验，不确定性σf b随着总感应时间t的降低，为1 /（2πttt√）（标准的测量灵敏度，SMS）。然而，由于信号是周期性的，因此领域的范围也随t而下降，每当|2πfb t |时都会产生歧义。 >π。这导致动态范围为f b，max /σfb≤πt /t√。
低温离子陷阱系统，用于附近的高保真性
捕获的离子是建造通用量子处理器的有前途的候选者，具有单量量[1]和两分（2-5]门，具有量子误差校正所需的保真度[6，7]。通常使用电动 - 二极孔 - 弗尔登过渡实现，在该过渡中，状态寿命足够长，可以通过自发排放来忽略不可忽略，从而导致几分钟[8-10]或更长的时间[11]。 量子转换通常位于在电肢体转变[12]上工作的光学结构域，或在同一歧管内的超细状态之间的微波域中[13]。 尽管超细量子位位于微波域中，但通常使用刺激的拉曼过渡与紧密聚焦的激光束进行操纵，因为短的光波长可以使单Qubit Soperion [14]和离子自由度和运动自由度之间的有效耦合[15]。 利用刺激的拉曼过渡的激光驱动的操作从根本上遭受了光子散射引起的不忠行动[16-18]。 此外，刺激的拉曼操作对大规模量子处理器的缩放是具有挑战性的，因为需要控制许多高强度激光束并与sub-µm精度对齐。 微波辐射可直接驱动超精细或采率量子[15]。 但是，由于微波辐射的自由空间波长远大于激光光的空间，因此自由空间空间选择性和微波辐射的自旋运动偶联是不切实际的。 有，在该过渡中，状态寿命足够长，可以通过自发排放来忽略不可忽略，从而导致几分钟[8-10]或更长的时间[11]。量子转换通常位于在电肢体转变[12]上工作的光学结构域，或在同一歧管内的超细状态之间的微波域中[13]。尽管超细量子位位于微波域中，但通常使用刺激的拉曼过渡与紧密聚焦的激光束进行操纵，因为短的光波长可以使单Qubit Soperion [14]和离子自由度和运动自由度之间的有效耦合[15]。利用刺激的拉曼过渡的激光驱动的操作从根本上遭受了光子散射引起的不忠行动[16-18]。此外，刺激的拉曼操作对大规模量子处理器的缩放是具有挑战性的，因为需要控制许多高强度激光束并与sub-µm精度对齐。微波辐射可直接驱动超精细或采率量子[15]。但是，由于微波辐射的自由空间波长远大于激光光的空间，因此自由空间空间选择性和微波辐射的自旋运动偶联是不切实际的。有如果一个人能够在微波场中设计出较大的空间梯度，则可以增加几个数量级的空间选择性[19]和自旋运动耦合。实现有效微波场梯度的一种方法是将远场微波与强，静态磁场梯度相结合[20-22]。然而，此方法需要辐射原子涂层技术[23 - 25]才能最大程度地减少反应性，因为量子状态状态需要对磁场敏感。另一种解决方案是将离子定位在微波电流导体的近场状态下[15，26，27]；在这里，场梯度取决于导体和导体几何形状的距离，而不是微波的自由空间波长。除了这些方法外，最近还使用射频场梯度振荡近距离接近离子的运动频率[28]，最近还证明了一种新型的自旋运动耦合。微波技术比激光技术更成熟，并且用于许多日常设备，例如移动电话。它的成本低于激光系统，并且也更容易控制。微波电路也可以直接整合到离子陷阱结构中，这有助于促进基于芯片的离子陷阱的产生，这些陷阱可缩放到量子“ CCD样”设备中[15，29 - 32]。
通过红荧烯光泵浦的磁场可切换激光器
晶体材料、石榴石或掺杂稀土的顺磁玻璃，因此不适合大面积和体积成像。[4] 氮空位 (NV) 中心对磁场具有高灵敏度（单个 NV 中心的灵敏度约为 1 nT Hz −1/2 量级），[5] 但 NV 的光学截面较弱，需要高分辨率检测其发射波长，并且校准困难。[6] 磁成像应用将受益于生物相容性材料（如分子或纳米颗粒）内更强的光磁相互作用，这些材料可以直接掺入样品或生物测定中。[7] 理想情况下，用于磁成像的纳米材料还能够进行高分辨率成像和在高光子通量下操作，甚至可能在微激光器中实现，其明亮的发射和高光谱灵敏度为以细胞分辨率监测各种生理参数创造了新的机会。 [8] 荧光或电致发光材料中的新光磁效应可用于调制激光，甚至可能在光调制器中找到新的应用，而光调制器目前依赖于弱热效应或电光效应。鸟类对地球磁场敏感性的解释为传统磁光材料提供了一种替代品。最近的研究表明，鸟类能够利用其视网膜中电子相互作用的磁敏感性来适应地球磁场。[9,10] 鸟类视网膜中蛋白质的光激发会产生自由基（不成对电子）中间态，然后这些中间态与自旋为 1 的激子（电子-空穴对）相互作用，后者也称为三重态激子。为了解这些相互作用的磁依赖性基础，考虑一个不对称分子，对于该分子，即使在没有磁场的情况下，自旋为 1 的激子的三个三重态也会在能量上分裂。通常，在没有显著的自旋轨道耦合的情况下，这种零场分裂小于约 10 μ eV。[11] 因此，一个数量级为 10 μ eV μ B − 1 ( ≈ 0.2 T) 的外部磁场（其中 μ B 是玻尔磁子）可以通过塞曼效应重新排序三重态，从而调节它们在自旋相关相互作用中的参与。对于没有零场分裂的未配对电子，磁场灵敏度通常更高。因此，三重态-三重态和三重态-电荷相互作用都可以经历磁场调制。鉴于其