【摘要】：作為準(zhǔn)零維結(jié)構(gòu),量子點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行編碼,可以作為量子計算的基本單元-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行電勢束縛,可以比較容易地得到這樣的量子點,因此低維材料在量子點量子計算領(lǐng)域中扮演著十分重要的角色。對低維材料量子點加工和輸運性質(zhì)的研究是推進量子計算研究的重要組成部分。本文中我們將對二維的石墨烯材料和一維的自組織鍺硅納米線材料進行研究,主要內(nèi)容有:1、簡單介紹了量子計算的相關(guān)背景,量子點的常相互作用模型,以及單量子點和雙量子點的基本輸運圖像,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行量子點加工的加工平臺,操作方法以及工藝流程;3、特別設(shè)計了一種新型反射式超導(dǎo)傳輸線諧振腔,并與石墨烯量子點進行耦合,研究了單個或多個石墨烯雙量子點與腔耦合時對諧振腔微波信號的調(diào)制作用,給出了從諧振腔中分部提取體系特征參數(shù)的方法。從實驗上用腔作為探測器獲得了雙量子點的相圖,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電荷數(shù)變化的四重周期性變化,并且證實了分別與諧振腔耦合的兩個雙量子點之間存在非經(jīng)典的長程關(guān)聯(lián);4、研究了諧振腔微波信號對石墨烯雙量子點性質(zhì)的影響,首先介紹了實驗上標(biāo)定雙量子點失諧量的一種方法,然后通過直流輸運和腔的幅值兩種信道噪聲譜的測量,由傳遞關(guān)系測定了石墨烯量子點的電荷噪聲譜,通過觀察白噪聲臺階的變化證實了微波對石墨烯存在明顯的加熱效應(yīng)。同時研究了微波功率對相干性的影響,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驗上的局限性;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象,在這種新材料上進行了單量子點的設(shè)計和制備,對基本輸運性質(zhì)進行了表征分析。分析了磁場下量子點各能級的劈裂情況以及在庫倫菱形上的反映,結(jié)合實際測量情況選擇了塞曼分裂的觀測窗口,觀察了體系的塞曼分裂,通過它標(biāo)定了能級線對應(yīng)的量子態(tài)和空穴數(shù)奇偶性,測得了 g因子。本論文的主要創(chuàng)新點在于:1、設(shè)計了制備了一種具有環(huán)境噪聲抑制能力的平面諧振腔;2、利用腔做探測器測得了石墨烯雙量子點的相圖,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,實現(xiàn)了相距較遠的兩個石墨烯雙量子點之間的非經(jīng)典長程關(guān)聯(lián);4、測定了石墨烯的噪聲譜隨微波功率的變化,證實了微波信號對石墨烯材料的加熱效應(yīng);5、研究了石墨烯相干性隨功率的變化,發(fā)現(xiàn)在較小的功率下微波加熱就會成為影響相干性的主要來源,指出了石墨烯材料的局限性;6、完成了新材料自組織鍺硅納米線上量子點的設(shè)計制備工作;7、研究了自組織鍺硅納米線量子點的基本輸運性質(zhì),完成塞曼分裂的觀察,能級量子態(tài)和對應(yīng)空穴數(shù)奇偶性標(biāo)定,測得了體系g因子。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O471.1

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