論文の概要: Kinetics of electron-phonon scattering in silicon resolved by Rydberg transitions of donors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.28893v1
- Date: Sat, 27 Jun 2026 12:40:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-30 18:07:15.724652
- Title: Kinetics of electron-phonon scattering in silicon resolved by Rydberg transitions of donors
- Title（参考訳）: ドナーのリドベルク転移によるシリコン中の電子-フォノン散乱の速度論
- Abstract要約: 真空中の原子のリドバーグ状態は、現在では量子技術の資源として広く認識されている。
半導体のドナーも類似の状態を示しており、同様の用途で提案されている。
我々はドナーフォノン運動学を定量的に記述し、量子デバイスのための現実的な物質スタックにおける工学ドナーシステムの基盤を作成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Rydberg states of atoms in vacuum are now well recognized as a resource for quantum technologies. Donors in semiconductors also display analogous states, which have been proposed for similar applications. While they benefit from permanent locations in their host crystals, electron-lattice coupling leads to much shorter excited-state lifetimes than for neutral atoms in vacuum. Here we provide a quantitative description of donor-phonon kinetics, creating a basis for engineering donor systems in realistic material stacks for quantum devices. Our theory incorporates both form factors for the Rydberg states, which given their large extents in real space provide strong selectivity in momentum space, and tabulated deformation potentials for all six phonon branches throughout the Brillouin zone. By confronting this framework with carefully controlled time-resolved free electron laser measurements, we show that the widely quoted position of the silicon conduction band minimum, $k_0$, is inconsistent with observed donor relaxation rates and that quantitative agreement is obtained for a value further from the X-point than commonly assumed. This stringent experiment-theory comparison establishes donor relaxation as a precision metrology for conduction band parameters and scattering processes in silicon, with consequences spanning from quantum devices to classical electronics.
- Abstract（参考訳）: 真空中の原子のリドバーグ状態は、現在では量子技術の資源として広く認識されている。
半導体のドナーは類似した状態も示しており、同様の用途で提案されている。
宿主結晶の永久的な位置から恩恵を受けるが、電子-格子結合は真空中の中性原子よりも励起状態の寿命が短い。
ここでは、ドナー-フォノン運動学の定量的記述を行い、量子デバイスのための現実的な物質スタックにおける工学ドナーシステムの基盤を作成する。
この理論は、実空間における大きな範囲が運動量空間において強い選択性をもたらすこと、およびブリルアンゾーン全体の6つのフォノン枝のグラフ化された変形ポテンシャルを仮定する。
このフレームワークを時間分解自由電子レーザー測定で慎重に制御することにより、シリコン伝導帯の最小値である$k_0$は、観測されたドナー緩和率と矛盾し、一般的に想定されるよりもX点から値の量的一致が得られることを示した。
この厳密な実験理論比較は、導電バンドパラメータとシリコンの散乱過程の精密なメトロジーとしてドナー緩和を確立し、量子デバイスから古典的エレクトロニクスにまたがる結果をもたらす。
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