Mir Mohammad Sadeghi 1+ , Yajie Huang 2+ , Chao Lian 3,4 , Feliciano Giustino 3,4 , Emanuel Tutuc 5 , Allan H. MacDonald 3 , Takashi Taniguchi 6 , Kenji Watanabe 7 , Li Shi 1,2*
摘要:近年来,二维磁性材料 (2DMM) 已成为二维材料领域的一个研究热点,因为它们在基础研究以及未来自旋电子学、磁子学、量子信息和数据存储等技术相关应用中具有重要意义。2DMM 丰富的工具箱及其多样化的可调谐性使得对二维磁序的研究达到了前所未有的水平,研究范围深入到单原子层材料,远远超出了经典的薄膜磁性,为电子学、磁光学和光子学提供了一条极具前景的途径。在各种自由度中,自旋和声子 (即晶格振动的量子) 之间的相互作用,即所谓的自旋-声子耦合,是探索二维磁性的重要调谐旋钮,创造了新型准粒子并控制磁序。本综述概述了 2DMM 中自旋-声子耦合研究的最新进展。讨论了利用自旋-声子耦合研究二维磁性的各种技术。本文还总结了基于自旋-声子耦合调节二维磁序的最新进展,重点介绍了新功能。此外,本文还简要讨论了基于自旋-声子耦合的器件开发和概念。本综述将为我们介绍二维磁体及其功能器件中自旋-声子耦合研究的现有挑战和未来方向。
本文档是公认的手稿版本的已发表作品,该作品以Nano Letters的最终形式出现,版权所有©2022 American Chemical Society,在出版商的同行评审和技术编辑之后。要访问最终编辑和发布的工作,请参见https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2C03427。
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致谢广东工业大学的工作得到了广东省自然科学基金(批准号 2017B030306003 和 2019B1515120078)的支持。R. Wang 得到了广东省基础与应用基础研究基金(批准号 2021A1515110328 和 2022A1515012174)的支持。F. Zheng、Y. Fang 和 S. Wu 得到了国家自然科学基金(11874307)的支持。CZ Wang、V. Antropov 和 F. Zhang 得到了美国能源部 (DOE) 科学办公室、基础能源科学、材料科学与工程部的支持。艾姆斯实验室由爱荷华州立大学根据合同编号 DE-AC02-07CH11358 为美国能源部运营,包括在伯克利的国家能源研究超级计算中心 (NERSC) 提供计算机时间。 Y. Sun 的研究得到了美国国家科学基金会 DMR-2132666 号资助。R. Wang 和 H. Dong 还感谢广东工业大学校园网络与现代教育技术中心为本研究提供的计算资源和技术支持。
有效运输,转换和储存热能在促进脱碳和减轻全球变暖方面起着不可分割的作用。[1]已针对纳米级[2]的热运输进行了重大努力,该应用是由热电学收获,[3]微电子中的热量管理等应用所驱动的,[4]高效率热储存系统,[5] [5]和结构材料的被动冷却。[6]但是,我们对声子热传输的理解在很大程度上受到了无法获得频率分辨的声子传输的实验工具的阻碍。可测量的电导率κ和界面热电导G是最重要的两个可测量的两个,但提供了有限的微型信息。另一方面,频率分辨的松弛时间τ(ω)和
囚禁原子离子系统已证明,其状态准备和测量 (SPAM) 不准确性 [1] 以及单量子比特和双量子比特门错误率 [2–4] 是所有量子比特中最低的。基于囚禁离子的完全可编程、少量子比特量子计算机已经建成 [5, 6]。然而,到目前为止,这些系统尚未扩展到大量量子比特,原因包括异常加热 [7–10]、声子模式拥挤 [11]、光子散射 [12, 13],以及传统光学元件的扩展挑战 [14, 15]。最近,有研究表明,通过直接电磁偶极-偶极相互作用耦合的分子离子量子比特可用于量子信息处理 [16]。虽然使用该方法的分子量子比特系统的可扩展性预计不会受到异常加热或声子模式拥挤的限制,但目前分子离子量子比特并不像原子离子量子比特那样容易控制。特别是,分子离子的 SPAM 由于其通常缺乏光学循环跃迁而变得困难,这使得激光照射分子成为问题 [17]。一种方法是通过共捕获的原子离子进行量子逻辑光谱 (QLS) [18–20],这种方法最近也被用于纠缠原子和分子离子 [21]。然而,由于 QLS 需要在运动基态附近冷却,因此技术要求很高,而且激光操控分子离子会导致自发辐射到暗态。这里,我们描述了如何利用离子阱中的偶极-声子耦合将极性分子离子的偶极矩与多离子库仑晶体的声子模式纠缠在一起。这种现象可以用两种方式直观地理解:作为非静止离子所经历的时间相关电场驱动分子电偶极跃迁,或作为时间相关偶极矩驱动离子运动。对于多个离子,振荡发生在库仑晶体的集体模式中,甚至可以使相距很远的偶极子通过共享声子模式发生强烈相互作用。此外,偶极-声子相互作用可以是
在芯片上分配量子纠缠是实现可扩展量子处理器的关键步骤。使用旅行的声子(量化的引导机械波包包)作为传输量子状态的介质,由于与其他载流子(例如电子或光子)相比,由于其尺寸较小,而且传播速度较低,因此现在引起了很大的关注。此外,声子是在芯片上连接异质量子系统的高度有希望的候选者,例如微波炉和光光子通过光纤长距离传输量子。在这里,我们通过实验表明,通过实现两个行进的声子之间的量子纠缠并创建一个时间键 - 编码的传播声音量子量子,可以证明使用声子分发量子信息的可行性。机械量子状态是在光力学腔中生成的,然后发射到声音波导中,在该波导中传播约200微米。我们进一步展示了语音量如何与光子量子量子合作违反铃铛型不平等。
由于非热微/纳米级声子群,热传输超过体积热传导 Vazrik Chiloyan a , Samuel Huberman a , Alexei A. Maznev b , Keith A. Nelson b , Gang Chen a * 1 a 麻省理工学院机械工程系,美国马萨诸塞州剑桥 02139 b 麻省理工学院化学系,美国马萨诸塞州剑桥 02139 虽然经典的尺寸效应通常会导致有效热导率降低,但我们在此报告