低維材料上量子點(diǎn)的制備及量子輸運(yùn)研究.pdf

1、作為準(zhǔn)零維結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)是盛裝電子或者空穴的小盒子，通過其中載流子的電荷或者自旋進(jìn)行編碼，可以作為量子計(jì)算的基本單元-量子比特來使用。在一維和二維材料上，通過刻蝕或者加工電極進(jìn)行電勢(shì)束縛，可以比較容易地得到這樣的量子點(diǎn)，因此低維材料在量子點(diǎn)量子計(jì)算領(lǐng)域中扮演著十分重要的角色。對(duì)低維材料量子點(diǎn)加工和輸運(yùn)性質(zhì)的研究是推進(jìn)量子計(jì)算研究的重要組成部分。本文中我們將對(duì)二維的石墨烯材料和一維的自組織鍺硅納米線材料進(jìn)行研究，主要內(nèi)容有:
　　1、

2、簡(jiǎn)單介紹了量子計(jì)算的相關(guān)背景，量子點(diǎn)的常相互作用模型，以及單量子點(diǎn)和雙量子點(diǎn)的基本輸運(yùn)圖像，比較了不同材料體系量子比特相干性的差異，并介紹了本文涉及的鍺硅材料的一些基本性質(zhì);
　　2、介紹了自組織鍺硅納米線上進(jìn)行量子點(diǎn)加工的加工平臺(tái)，操作方法以及工藝流程;
　　3、特別設(shè)計(jì)了一種新型反射式超導(dǎo)傳輸線諧振腔，并與石墨烯量子點(diǎn)進(jìn)行耦合，研究了單個(gè)或多個(gè)石墨烯雙量子點(diǎn)與腔耦合時(shí)對(duì)諧振腔微波信號(hào)的調(diào)制作用，給出了從諧振腔中分部提取體

3、系特征參數(shù)的方法。從實(shí)驗(yàn)上用腔作為探測(cè)器獲得了雙量子點(diǎn)的相圖，得到了石墨烯電荷量子比特相位退相干率，觀察到了相位退相干率隨量子點(diǎn)電荷數(shù)變化的四重周期性變化，并且證實(shí)了分別與諧振腔耦合的兩個(gè)雙量子點(diǎn)之間存在非經(jīng)典的長(zhǎng)程關(guān)聯(lián);
　　4、研究了諧振腔微波信號(hào)對(duì)石墨烯雙量子點(diǎn)性質(zhì)的影響，首先介紹了實(shí)驗(yàn)上標(biāo)定雙量子點(diǎn)失諧量的一種方法，然后通過直流輸運(yùn)和腔的幅值兩種信道噪聲譜的測(cè)量，由傳遞關(guān)系測(cè)定了石墨烯量子點(diǎn)的電荷噪聲譜，通過觀察白噪聲臺(tái)階

4、的變化證實(shí)了微波對(duì)石墨烯存在明顯的加熱效應(yīng)。同時(shí)研究了微波功率對(duì)相干性的影響，得出了超過一定功率以后，微波加熱效應(yīng)將成為量子點(diǎn)主要的退相干來源的結(jié)論，解釋了石墨烯體系在微波操作實(shí)驗(yàn)上的局限性;
　　5、探索更加適宜作為量子比特的新材料，經(jīng)過比較，選擇了自組織鍺硅納米線作為研究對(duì)象，在這種新材料上進(jìn)行了單量子點(diǎn)的設(shè)計(jì)和制備，對(duì)基本輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了表征分析。分析了磁場(chǎng)下量子點(diǎn)各能級(jí)的劈裂情況以及在庫(kù)倫菱形上的反映，結(jié)合實(shí)際測(cè)量情況選擇了

5、塞曼分裂的觀測(cè)窗口，觀察了體系的塞曼分裂，通過它標(biāo)定了能級(jí)線對(duì)應(yīng)的量子態(tài)和空穴數(shù)奇偶性，測(cè)得了g因子。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于:
　　1、設(shè)計(jì)了制備了一種具有環(huán)境噪聲抑制能力的平面諧振腔;
　　2、利用腔做探測(cè)器測(cè)得了石墨烯雙量子點(diǎn)的相圖，在世界上首次獲得了石墨烯的相位退相干率，并且得到了它隨電荷變化的四重周期關(guān)系;
　　3、使用腔作為耦合媒介，實(shí)現(xiàn)了相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)石墨烯雙量子點(diǎn)之間的非經(jīng)典長(zhǎng)程關(guān)聯(lián);