論文の概要: Spin-orbit coupling by design in quantum state engineering of atomically defined quantum dots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.14487v1
• Date: Fri, 12 Jun 2026 14:23:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-15 16:00:42.92992
• Title: Spin-orbit coupling by design in quantum state engineering of atomically defined quantum dots
• Title（参考訳）: 原子的に定義された量子ドットの量子状態工学における設計によるスピン軌道結合
• Authors: Hermann Osterhage, Julian H. Strik, Ivan Ado, Anna M. H. Krieg, Daniel Wegner, Mikhail Titov, Alexander A. Khajetoorians,
• Abstract要約: 量子ドットにおけるスピン軌道ハミルトニアンの制御は、原子スケールの精度で閉じ込めポテンシャルを調整することによって示される。 我々は、電子状態の軌道特性と磁場の進化の両方を空間的に解決する原子レベル構造を定量化する。 これらの効果は、閉じ込めによって引き起こされるスピン軌道結合の一貫した処理を可能にするハミルトニアンを用いて記述することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.92987652786443
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Tuning spin-orbit coupling is essential in controlling both spin and charge in confined semiconductor nanostructures, yet it is rarely a truly controllable parameter. Here, we show control over the spin-orbit Hamiltonian in quantum dots and the resulting quantum states by tailoring the confinement potential with atomic-scale precision. Using scanning tunnelling microscopy and spectroscopy, we pattern individual Cs ions into designer quantum dot structures on the surface of indium antimonide, in which electrons from a two-dimensional electron gas are confined with chosen in-plane electric-field gradients. We then quantify the atomic level structure, both spatially resolving the orbital character of the electronic states and their magnetic-field evolution. We demonstrate that the level structure, including the induced zero-field splitting, can be tailored by the designed geometry of the local electric fields. These effects can be described using a Hamiltonian that allows consistent treatment of the confinement-induced spin-orbit coupling beyond the conventional Bychkov-Rashba description. This Hamiltonian is derived from a multiband k.p model and takes the energy dependence of the relevant physical parameters into account. Such precise control of spin-orbit coupling in semiconductor quantum dots is relevant to quantum and spintronic technologies.
• Abstract（参考訳）: スピン軌道結合の調整は、閉じ込められた半導体ナノ構造におけるスピンと電荷の両方を制御するのに不可欠であるが、真の制御可能なパラメータであることは滅多にない。 ここでは、量子ドットと結果の量子状態におけるスピン軌道ハミルトニアンの制御を、原子スケールの精度で閉じ込めポテンシャルを調整することによって示す。 走査型トンネル顕微鏡と分光法を用いて、個々のCsイオンを、二次元電子ガスからの電子が選択された平面内電場勾配に閉じ込められるアンモノイド表面の量子ドット構造にパターン化する。 次に、電子状態の軌道特性と磁場の進化を空間的に解決する原子レベル構造を定量化する。 誘導零フィールド分割を含むレベル構造は、局所電場の設計幾何によって調整できることを実証する。 これらの効果は、ハミルトニアンを用いて記述することができ、従来のビヒコフ・ラシュバの記述を超えて、閉じ込めによって引き起こされるスピン軌道のカップリングを一貫した処理が可能である。 このハミルトニアンはマルチバンドk.pモデルから派生し、関連する物理パラメータのエネルギー依存を考慮に入れている。 半導体量子ドットにおけるスピン軌道カップリングの正確な制御は、量子およびスピントロニクス技術に関係している。

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