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利用约瑟夫森参量放大实现硅量子点的快速门控读出
摘要： 硅量子器件中的自旋态是实现大规模量子计算的理想候选方案?；诿趴氐淖孕孔颖忍卮屑际跄芴峁└弑Ｕ娑鹊慕舸招涂衫┱苟脸龇桨?，但要满足纠错协议中快速反馈所需的保真度阈值与测量时间尺度，仍需进一步提升灵敏度。本研究将622 MHz射频门控传感技术与工作在500-800 MHz频段的约瑟夫森参量放大器相结合，显著缩短了纳米线晶体管中硅双量子点态读取所需的积分时间。根据实测信噪比估算，在1微秒内即可实现平均保真度99.7%的单重态-三重态单次读出——该速度不仅远低于容错读出的要求标准，更较未使用约瑟夫森参量放大器时提升30倍。此外，该放大器能在保持相同信噪比的前提下支持更低射频功率运行。通过测定200 mK的噪声温度（其中约瑟夫森参量放大器贡献25%、低温放大器25%、谐振腔50%），我们指明了进一步提升读出速度的技术路径。
关键词： 量子计算、自旋量子比特、基于门的传感、硅量子点、约瑟夫森参量放大
更新于2025-09-19 17:13:59
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天线耦合高掺杂硅量子点的太赫兹探测
摘要： 基于纳米结构掺杂的硅（Si）晶体管是高性能光电探测器和量子信息器件的有力候选者。对于具有施主能带的高掺杂硅而言，施主能级能量深度及施主能级间隧穿过程所需能量通常处于毫电子伏量级，对应太赫兹（THz）光子能量?；谡庑┨匦?，高掺杂硅量子点（QDs）作为太赫兹光电导探测器极具吸引力。本研究展示了一种通过光刻定义的高磷掺杂硅量子点实现的太赫兹探测。我们将直径40纳米的量子点与微米级宽带对数螺旋天线集成，实现了0.58至3.11太赫兹宽频范围内太赫兹光电流的探测。此外证实，相比无天线量子点探测器，其探测灵敏度提升了约880倍。这些结果表明高掺杂硅量子点与天线耦合具备宽带太赫兹波探测能力。通过优化掺杂分布与能级，性能有望进一步提升。
关键词： 对数螺旋天线、硅量子点、太赫兹探测、宽带太赫兹波、光电导探测器
更新于2025-09-12 10:27:22
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一种基于硅量子点-二氧化锰纳米片的无标记荧光传感器，用于检测α-葡萄糖苷酶及其抑制剂
摘要： 一种基于硅量子点-二氧化锰纳米片的无标记荧光传感器用于α-葡萄糖苷酶及其抑制剂的检测?。α-葡萄糖苷酶及其抑制剂在糖尿病的诊断与治疗中具有重要作用。本研究建立了一种简便、灵敏且选择性高的荧光检测方法，利用硅量子点(SiQDs)和二氧化锰纳米片测定α-葡萄糖苷酶及其抑制剂阿卡波糖。由于内滤效应，MnO2纳米片会显著猝灭SiQDs的荧光。α-葡萄糖苷酶能催化L-抗坏血酸-2-O-α-D-吡喃葡萄糖苷(AAG)水解生成抗坏血酸(AA)，AA可将MnO2纳米片还原为Mn2+，从而显著恢复SiQDs的荧光。该传感平台在0.02-2.5 U mL?1范围内呈现良好的线性关系，检测限为0.007 U mL?1。此外，该平台可用于α-葡萄糖苷酶抑制实验。阿卡波糖作为最常见和典型的抑制剂之一，该传感平台可在1-1000 μM范围内检测其含量?？⒌挠夥椒ǔ晒ττ糜谌搜逖局笑?葡萄糖苷酶的测定验证。
关键词： 硅量子点、阿卡波糖、无标记荧光传感器、二氧化锰纳米片、α-葡萄糖苷酶
更新于2025-09-12 10:27:22
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脉冲离子束辐照下辐射缺陷转化导致二氧化硅基质中硅量子点的形成
摘要： 在这项工作中，我们提出了一种在脉冲离子束辐照下制备硅量子点的新方法。通过光学吸收和光致发光光谱技术，我们确定了离子束注入过程中玻璃态SiO?中缺陷结构ODC(II)-E0-ODC(I)-Si量子点的演化过程。根据离子辐照模式的不同，可以轻松调控基质材料中的缺陷类型与浓度，从而改变其光学特性以实现新型应用。第一性原理计算证实，采用钆离子注入可使SiO?产生键软化效应?；谑笛橛肜砺垩芯拷峁?，初级氧空位中心的三阶段相互作用最终形成尺寸为3.6纳米的稳定硅量子点，在非相干光激发下产生1.8电子伏特的发光。
关键词： 钆离子注入、硅量子点、脉冲离子束辐照、光学吸收、光致发光光谱学、玻璃态二氧化硅
更新于2025-09-12 10:27:22
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干燥技术和表面预处理对发光多孔硅量子点在模型液体和活细胞中的细胞毒性和溶解速率的影响
摘要： 光致发光硅量子点(Si QDs)生物降解特性的调控对其未来在诊断与治疗领域的应用至关重要。本研究通过结合光致发光与拉曼显微光谱技术，在体外模型中探究了干燥处理与表面预处理对Si QDs在模拟液体及活细胞中溶解速率的影响。通过机械研磨电化学蚀刻介孔硅薄膜获得多孔硅颗粒，其由互联的硅纳米晶体(QDs)和孔隙构成。样品经超临界二氧化碳干燥(SCD)或空气干燥(AD)后，在1%氧气环境下600℃退火16小时制得纳米级Si QDs。所得样品具有核壳结构：结晶硅核表面包裹SiO2层。拉曼散射光谱计算显示，初始AD-SiQDs的结晶硅核尺寸约4.5纳米，初始SCD-SiQDs约2纳米。由于量子限域效应，AD-SiQDs与SCD-SiQDs均呈现可见光致发光(PL)特性。通过PL淬灭现象及拉曼信号低频偏移、展宽和强度衰减评估了纳米晶体的溶解情况。实验证实AD-SiQDs在细胞共培养24小时内保持稳定，而SCD-SiQDs完全溶解，这可能解释了SCD-SiQDs表现出显著较低细胞毒性的现象。
关键词： 风干、硅量子点、拉曼显微光谱、生物降解、光致发光、超临界干燥
更新于2025-09-12 10:27:22
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氢稀释对含锗核硅量子点二氧化硅帽层形成过程中光致发光强度的影响
摘要： 我们通过交替控制纯SiH4和GeH4的热分解，在预生长的Si量子点上选择性生长Ge核与Si盖层，从而在SiO2基底上制备出高密度含Ge核的Si量子点，并研究了Si盖层形成过程中SiH4的H2稀释比例对其光致发光(PL)特性的影响。实验发现：无论Si盖层形成时采用何种H2浓度，室温下均可观测到Ge核Si量子点在0.68-0.85 eV能区产生PL；但随着H2浓度增加，源自Ge核Si量子点第一至第三量子态间辐射复合的PL强度显著增强。该研究成果将推动基于硅量子点的高效发光器件开发。
关键词： 硅量子点、光致发光、锗核、硅盖层形成、氢气稀释
更新于2025-09-11 14:15:04
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界面台阶对Si/SiGe量子点中谷-轨道耦合的影响
摘要： 谷-轨道耦合是决定硅量子点是否适用于量子信息处理的关键参数。本文研究了界面台阶对硅量子点中电子谷-轨道耦合强度与相位的影响。在有效质量近似下，我们发现Si/SiGe量子点界面台阶的位置对谷-轨道耦合的强度和相位都具有重要影响。具体而言，数值计算表明：单原子层台阶可使谷-轨道耦合强度降低达75%，相位改变近π；当存在两个台阶时，谷-轨道耦合最小值甚至可趋近于零。只要台阶间距远大于原子尺度，该计算方法原则上可推广至多台阶情形。我们还阐明了外磁场及高轨道态对谷-轨道耦合的影响。总体而言，研究结果表明界面粗糙度会显著改变谷-轨道耦合的强度与相位——这两个参数对硅基自旋量子比特和电荷量子比特都至关重要。
关键词： 界面步骤、硅量子点、有效质量近似、量子信息处理、谷-轨道耦合
更新于2025-09-11 14:15:04
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由直接生长在硅量子点上的单层或多层二硫化钼制成的高速异质结光电二极管
摘要： 近期，化学气相沉积法生长的二硫化钼（MoS2）因其优异的光电特性被广泛应用于MoS2/硅晶圆异质结（HJT）光电探测器。然而，尽管器件结构简单，MoS2/Si HJT的光响应度较低，这一缺陷使其优势并不显著。此外，由于MoS2薄膜无法直接生长在硅晶圆上，在转移至目标衬底时MoS2/Si界面会产生缺陷，导致难以获得高质量的MoS2薄膜。本研究首次报道了在嵌入二氧化硅的硅量子点（SQDs）多层膜（MLs）衬底（SQDs:SiO2 MLs）上成功直接生长单层及多层MoS2薄膜。该多层MoS2/SQDs HJT光电二极管展现出上升时间约60纳秒/下降时间约756纳秒的响应速度（迄今最快）及6.1×10^13 cm Hz^1/2 W^-1的探测率。这一卓越性能归因于直接生长在MoS2/SQDs:SiO2界面形成的优质异质结减少了缺陷、促进了载流子传输，以及SQDs:SiO2 MLs的高光吸收率。
关键词： 二硫化钼、异质结、光电二极管、硅量子点、响应速度、直接生长
更新于2025-09-11 14:15:04
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利用共振SWAP门实现硅双量子点中量子信息的相干转移
摘要： 硅量子点中的自旋量子处理器能实现高保真度的单比特与双比特操作。近期虽已实现多比特器件，但多比特演示仍难以达成，部分原因在于比特间连接性受限。通过使用SWAP门可解决该问题——但在存在强磁场梯度的器件中实现SWAP门颇具挑战。本研究采用基础SWAP门在100纳秒内以98%的保真度(F(p)SWAP)转移自旋本征态，借此技术我们实现了无需通过量子点转移电荷即可读出和初始化双量子点状态的方法。进一步研究表明，该SWAP门能在300纳秒内以84%的保真度(F(c)SWAP)转移任意两比特直积态。这项工作为硅量子点中的多比特实验奠定了基础。
关键词： 硅量子点、量子处理器、SWAP门、自旋本征态、量子信息
更新于2025-09-11 14:15:04