30、量子点中的自旋电子学与量子计算

量子点中的自旋电子学与量子计算

量子点作为自旋过滤器和读出/存储设备

量子点连接到输入和输出电流引线（l = 1, 2）时，可作为自旋过滤器、读出设备或自旋存储器，其中单个自旋存储信息。为实现此功能，关键是通过使用具有不同有效g因子的材料来消除量子点和引线中的自旋简并，产生与量子点自旋状态唯一关联的库仑阻塞峰和自旋极化电流。

该装置由标准隧穿哈密顿量描述：
[
\begin{align}
H&= H_0 + H_T \
H_0&= H_L + H_D \
H_T&= \sum_{l,k,p,s} t_{lp}c_{lks}^{\dagger}d_{ps} + h.c.
\end{align}
]
其中，$H_0$描述引线和量子点，$H_D$包含量子点中电子的充电和相互作用能以及它们在外磁场$B$中的塞曼能$\pm g\mu_BB/2$，$H_T$描述引线和量子点之间的隧穿。

在库仑阻塞区域，量子点上的电荷是量子化的。采用标准主方程方法和量子点的约化密度矩阵，用“黄金规则”方法计算到$H_T$的二阶跃迁速率。电流的一阶贡献是顺序隧穿电流$I_s$，此时量子点上的电子数会波动；二阶贡献是共隧穿电流$I_c$，涉及具有不同电子数的虚拟中间态。

假设引线中的塞曼分裂可忽略，而量子点上的塞曼分裂为$\Delta_z = \mu_B|gB|$。在化学势$\mu_1$和$\mu_2$的引线之间存在小偏压$\Delta\mu = \mu_1 - \mu_2 > 0$，且温度较低，满足$\Delta\mu, kT < \delta$（$\