論文の概要: Enhanced orbital magnetic field effects in Ge hole nanowires
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.12050v2
- Date: Thu, 8 Dec 2022 16:19:24 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-03 19:46:17.522458
- Title: Enhanced orbital magnetic field effects in Ge hole nanowires
- Title（参考訳）: Geホールナノワイヤにおける軌道磁場効果の増強
- Authors: Christoph Adelsberger, Stefano Bosco, Jelena Klinovaja, Daniel Loss
- Abstract要約: ホール半導体ナノワイヤ(NW)は、トポロジカル量子ビットに対するスピン量子ビットおよびマヨラナ境界状態のホストを約束するプラットフォームである。
我々は、SOIと$g$因子の軌道磁場依存性を詳細に分析する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Hole semiconductor nanowires (NW) are promising platforms to host spin qubits
and Majorana bound states for topological qubits because of their strong
spin-orbit interactions (SOI). The properties of these systems depend strongly
on the design of the cross section and on strain, as well as on external
electric and magnetic fields. In this work, we analyze in detail the dependence
of the SOI and $g$ factors on the orbital magnetic field. We focus on magnetic
fields aligned along the axis of the NW, where orbital effects are enhanced and
result in a renormalization of the effective $g$ factor up to $400\,\%$, even
at small values of magnetic field. We provide an exact analytical solution for
holes in Ge NWs and we derive an effective low-energy model that enables us to
investigate the effect of electric fields applied perpendicular to the NW. We
also discuss in detail the role of strain, growth direction, and high energy
valence bands in different architectures, including Ge/Si core/shell NWs,
gate-defined one-dimensional channels in planar Ge, and curved Ge quantum
wells. In core/shell NWs grown along the $[110]$ direction the $g$ factor can
be twice larger than for other growth directions which makes this growth
direction advantageous for Majorana bound states. Also curved Ge quantum wells
feature large effective $g$ factors and SOI, again ideal for hosting Majorana
bound states. Strikingly, because these quantities are independent of the
electric field, hole spin qubits encoded in curved quantum wells are to good
approximation not susceptible to charge noise, significantly boosting their
coherence time.
- Abstract（参考訳）: ホール半導体ナノワイヤ(NW)は、強いスピン-軌道相互作用(SOI)のため、トポロジカル量子ビットに対するスピン量子ビットおよびマヨラナ境界状態のホストを約束するプラットフォームである。
これらのシステムの特性は、断面の設計とひずみ、および外部の電場と磁場に強く依存する。
本研究では、軌道磁場に対するsoiおよび$g$因子の依存性を詳細に分析する。
我々は、NWの軸に沿って配列された磁場に焦点を合わせ、そこでは軌道効果が増強され、磁場の小さな値であっても、有効$g$因子が最大400\,\%$に再正規化される。
我々は,Ge NWsにおけるホールの正確な解析解を提供し,NWに垂直に印加された電場の効果を解明する有効な低エネルギーモデルを導出する。
また,ge/siコア/シェルnws,平面geのゲート定義一次元チャネル,曲面ge量子井戸など,異なるアーキテクチャにおけるひずみ,成長方向,高エネルギー価帯の役割についても詳細に論じた。
110]$の方向に成長したコア/シェルnwsでは、$g$ファクタは他の成長方向よりも2倍大きくなり、この成長方向がマヨラナ境界状態よりも有利になる。
また、曲線Ge量子井戸は大きな有効$g$因子を持ち、SOIは再びマヨラナ境界状態のホストに理想的である。
驚くべきことに、これらの量は電場とは独立であるため、湾曲した量子井戸にエンコードされたホールスピン量子ビットは電荷ノイズに影響を受けない良い近似となり、コヒーレンス時間を大幅に増加させる。
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