論文の概要: Atomistic tight-binding Hartree-Fock calculations of multielectron configurations in P-doped silicon devices: wavefunction reshaping

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.02843v1
• Date: Tue, 04 Mar 2025 18:14:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-05 19:13:26.480281
• Title: Atomistic tight-binding Hartree-Fock calculations of multielectron configurations in P-doped silicon devices: wavefunction reshaping
• Title（参考訳）: Pドープシリコンデバイスにおける多電子配置の原子性強結合Hartree-Fock計算:波動関数再構成
• Authors: Maicol A. Ochoa, Keyi Liu, Piotr Różański, Michał Zieliński, Garnett W. Bryant,
• Abstract要約: シリコン中のドナーベースの量子デバイスは、普遍量子コンピューティングとアナログ量子シミュレーションのための魅力的なプラットフォームである。 シリコン中の1つのリン原子と選択されたリン二量体における多電子状態の原子計算と詳細な解析を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Donor-based quantum devices in silicon are attractive platforms for universal quantum computing and analog quantum simulations. The nearly-atomic precision in dopant placement promises great control over the quantum properties of these devices. We present atomistic calculations and a detailed analysis of many-electron states in a single phosphorus atom and selected phosphorus dimers in silicon. Our self-consistent method involves atomistic calculations of the electron energies utilizing representative tight-binding Hamiltonians, computations of Coulomb and exchange integrals without any reference to an atomic orbital set, and solutions to the associated Hartree-Fock equations. First, we assess the quality of our tight-binding Hartree-Fock protocol against Configuration-Interaction calculations for two electrons in a single phosphorus atom, finding that our formalism provides an accurate estimation of the electron-electron repulsion energy requiring smaller computational boxes and single-electron wavefunctions. Then, we compute charging and binding energies in phosphorus dimers observing their variation as a function of impurity-impurity separation. Our calculations predict an antiferromagnetic ground state for the two-electron system and a weakly bound three-electron state in the range of separations considered. We rationalize these results in terms of the single-electron energies, charging energies, and the wavefunction reshaping.
• Abstract（参考訳）: シリコン中のドナーベースの量子デバイスは、普遍量子コンピューティングとアナログ量子シミュレーションのための魅力的なプラットフォームである。 ドーパント配置におけるほぼ原子的精度は、これらのデバイスの量子特性を大いに制御することを約束する。 シリコン中の1つのリン原子と選択されたリン二量体における多電子状態の原子計算と詳細な解析を行った。 我々の自己整合法は、代表的強結合ハミルトニアンを用いた電子エネルギーの原子論的計算、コロンと交換積分の原子軌道集合への言及なしにの計算、および関連するハートリー・フォック方程式への解を含む。 まず,1つのリン原子中の2つの電子の構成-相互作用計算に対して,強く結合したHartree-Fockプロトコルの品質を評価し,より小さな計算ボックスと単一電子波動関数を必要とする電子-電子反発エネルギーを正確に推定できることを発見した。 そして,不純物-不純物分離の関数として,リン二量体における帯電エネルギーと結合エネルギーを計算した。 計算では, 2電子系に対する反強磁性基底状態と, 分離範囲における弱い有界な3電子状態を予測する。 これらの結果は、単一電子エネルギー、帯電エネルギー、および波動関数の再構成の観点から合理化する。

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