論文の概要: Single-electron states of phosphorus-atom arrays in silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.19392v1
• Date: Thu, 29 Feb 2024 17:50:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-01 13:34:18.507926
• Title: Single-electron states of phosphorus-atom arrays in silicon
• Title（参考訳）: シリコン中のリン原子配列の単一電子状態
• Authors: Maicol A. Ochoa, Keyi Liu, Micha{\l} Zieli\'nski, Garnett W. Bryant
• Abstract要約: シリコン中の2, 3, 4個のリン原子を持つアレイの単一電子エネルギーと波動関数構造を特徴付ける。 我々は波動関数の重なりを解析し、配列状態を作るためにハイブリダイズする単一ドーパント状態を特定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We characterize the single-electron energies and the wavefunction structure of arrays with two, three, and four phosphorus atoms in silicon by implementing atomistic tight-binding calculations and analyzing wavefunction overlaps to identify the single-dopant states that hybridize to make the array states. The energy spectrum and wavefunction overlap variation as a function of dopant separation for these arrays shows that hybridization mostly occurs between single-dopant states of the same type, with some cross-hybridization between $A_1$ and $E$ states occurring at short separations. We also observe energy crossings between hybrid states of different types as a function of impurity separation. We then extract tunneling rates for electrons in different dopants by mapping the state energies into hopping Hamiltonians in the site representation. Significantly, we find that diagonal and nearest neighbor tunneling rates are similar in magnitude in a square array. Our analysis also accounts for the shift of the on-site energy at each phosphorus atom resulting from the nuclear potential of the other dopants. This approach constitutes a solid protocol to map the electron energies and wavefunction structure into Fermi-Hubbard Hamiltonians needed to implement and validate analog quantum simulations in these devices.
• Abstract（参考訳）: シリコン中の2, 3, 4個のリン原子を持つ配列の単一電子エネルギーと波動関数構造を原子間密結合計算を実装し, 波動関数の重なりを解析し, 配列をハイブリダイズする単一ドーパント状態を特定する。 これらの配列のドーパント分離の関数としてのエネルギースペクトルと波動関数の重なりの変動は、ハイブリダイゼーションがほとんど同じタイプの単一ドーパント状態の間で起こり、短い分離で起こる$a_1$ と $e$ のクロスハイブリダイゼーションがあることを示している。 また、不純物分離の関数として、異なるタイプのハイブリッド状態間のエネルギー交差も観察する。 次に、状態エネルギーを位置表現のホッピングハミルトンにマッピングすることで、異なるドーパント中の電子のトンネル速度を抽出する。 有意な特徴は,対角線と近距離のトンネル速度が正方形配列で大小に類似していることである。 我々の分析は、他のドーパントの核ポテンシャルから生じる各リン原子のオンサイトエネルギーの変化も考慮している。 このアプローチは、電子エネルギーと波動関数の構造をこれらのデバイスでアナログ量子シミュレーションを実装し検証するのに必要なフェルミ・ハバード・ハミルトニアンにマッピングするための固体プロトコルを構成する。

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