論文の概要: Anisotropic spin-valley coupling in SiMOS and Si/SiGe quantum dots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.16713v1
• Date: Fri, 17 Apr 2026 21:21:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 14:10:56.222605
• Title: Anisotropic spin-valley coupling in SiMOS and Si/SiGe quantum dots
• Title（参考訳）: SiMOSおよびSi/SiGe量子ドットにおける異方性スピン-バレーカップリング
• Authors: N. Tobias Jacobson, Natalie D. Foster, Ryan M. Jock, Andrew M. Mounce, Daniel R. Ward, Malcolm S. Carroll, Dwight R. Luhman,
• Abstract要約: 我々は,SiMOSおよびSi/SiGeヘテロ構造における表面スピン軌道相互作用の角度依存性を,印加外部磁場の方向と大きさの関数として測定した。 その結果,SiMOS QDsはSi/SiGeよりもスピン-バレー結合が桁違いに大きいことがわかった。
• 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: While bulk silicon has long been understood to exhibit relatively weak spin-orbit coupling (SOC), confinement of electrons to quantum dots (QDs) at a silicon heterointerface results in significantly larger SOC. This is a concern for electron spin qubit performance, as intravalley and intervalley SOC can significantly perturb the operation of electron spin qubits. While these interactions can be harnessed to drive coherent rotations in a singlet-triplet qubit, coupling to low-lying excited valley states can lead to undesirable spin relaxation when valley splitting is on resonance with the Zeeman energy. In this work, we measure the angular dependence of the interfacial spin-orbit interaction as a function of the direction and magnitude of an applied external magnetic field in SiMOS and Si/SiGe heterostructures, two common material platforms for silicon spin qubits. We construct a physical model that accurately infers intra- and inter-valley SOC physics from fits to the data, allowing for a direct comparison between these two material systems. For the devices measured we find that, while the $g$-factor differences are comparable, the SiMOS QDs exhibit an order of magnitude larger spin-valley coupling than for Si/SiGe. Moreover, we find that the angular dependence of the spin-valley coupling is similar for both devices, with similar magnetic field orientations minimizing the spin-valley coupling. Our work points towards operational schemes for optimizing spin-valley coupling to avoid or exploit this mechanism for qubit operation.
• Abstract（参考訳）: バルクシリコンは長い間、比較的弱いスピン軌道結合(SOC)を示すと理解されてきたが、シリコンヘテロ界面における量子ドット(QD)への電子の閉じ込めは、より大きなSOCをもたらす。 これは電子スピン量子ビットの性能に対する懸念であり、バレー内およびインターバルリーSOCは電子スピン量子ビットの演算を著しく摂動させることができる。 これらの相互作用は、一重項量子ビットにおけるコヒーレントな回転を駆動するために利用することができるが、谷分割がゼーマンエネルギーと共鳴しているときに、低い励起谷状態との結合は望ましくないスピン緩和を引き起こす。 本研究では,シリコンスピン量子ビットの2つの共通材料であるSiMOSおよびSi/SiGeヘテロ構造における表面スピン軌道相互作用の角度と大きさの関数として,界面スピン軌道相互作用の角度依存性を測定する。 本研究では,2つの材料システム間の直接比較が可能な物理モデルを構築した。 測定したデバイスでは、$g$-factor差は同等であるが、SiMOS QDsはSi/SiGeよりもスピン-ヴァレー結合が桁違いに大きい。 さらに,スピン-バレー結合の角度依存性は,スピン-バレー結合を最小化する磁場配向と類似していることが判明した。 我々の研究は、この機構を回避または活用するためにスピン-ヴァレー結合を最適化するための運用手法をめざしている。

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