太赫兹量子阱光电探测器光栅耦合的模拟与优化

光栅耦合是量子阱光电探测器探测正入射电磁辐射的常用耦合方法,本文采用模式展开法研究了一维金属光栅太赫兹量子阱光电探测器中的电磁场分布,并给出了器件有源区中的平均光强.研究结果表明,若一维光栅的周期与太赫兹波在器件材料中的波长相当,并且根据器件结构选取合理的光栅占空比,可使器件中的平均光场最强,光栅的光耦合效率最高,从而提高器件的响应率. 关键词： 太赫兹 量子阱光电探测器 光栅     

用于自然原子共振的应力量子调控自组装量子点 单光子源

针对量子存储应用中自组装量子点发射的光子与自然原子系综波长匹配难的问题,通过金-金热压键合技术将含有量子点的纳米薄膜与压电陶瓷进行集成,制作了应力调控的能量可调量子点单光子源,实验上分别实现了对可见光波段镓砷/铝镓砷量子点和近红外波段铟镓砷/镓砷量子点单光子量子比特在9.1meV和4.2meV范围内的宽谱调控.不仅如此,应用应力量子调控技术成功将镓砷/铝镓砷量子点的发光波长调节至铷-87自然原子的D2能级跃迁波长(780nm),以及将铟镓砷/镓砷量子点的发光波长调节至钒酸钇晶体中掺杂的钕离子的4I9/2→4 F3/2跃迁吸收峰共振(879.7nm).该结果为实现基于半导体量子点和自然原子系综的量子存储器提供了一种强有力的调控技术.     

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.     

多个Josephson结性能测试系统与实验验证

在器件制备过程中,超导量子干涉器件(SQUID)和Josephson结的性能测试是非常重要是一个环节.设计一个合理高效的测试方法对于提高测试效率及可靠性非常必要.本文采用多路复用技术,设计了8通道测试电路,减小了电路面积及所需测试箱体积,降低了液氦使用成本并极大提高了测试一致性.本文对测试箱、器件放置及测试杆连接等进行了设计,成功搭建了一套多个Josephson结测试的系统,并根据常温验证的测试结果对电路进行了优化处理.最后,对多个结进行低温测试验证了该测试系统的可行性与优越性.     

太赫兹半导体器件与应用——纪念刘惠春教授

文章是以作者和刘惠春教授多年合作的研究工作为基础写成的,主要内容为太赫兹(THz)半导体器件及其通信和成像应用,以此深切缅怀刘惠春教授。近十年来,THz科学与技术已取得了长足进步,它在物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息技术和国防安全等多个领域的应用也已初现端倪。在这些应用中,半导体THz器件的发展起着举足轻重的作用。文章着重介绍了作者近年来在半导体THz器件与应用方面的研究进展,主要内容包括基于负有效质量的电子学THz振荡器、飞秒激光泵浦半导体THz辐射源、基于量子阱子带间跃迁的THz量子级联激光器和THz量子阱探测器,以及基于这些器件的THz无线通信和成像应用研究。此外,文章还对未来THz技术的发展进行了简要的探讨。     

多腔体心脏磁场模型的研究与应用

利用核磁共振图像(MRI)中提取的人体和心脏边界,根据边界元方法(BEM)建立了一个考虑左、右心房和心室的多腔体心脏磁场模型.分析了用该模型得到的36通道心脏磁场数据和特定时刻的磁场图.并在此基础上,研究了完全性右束支传导阻滞(CRBBB)和完全性左束支传导阻滞(CLBBB)病人ST-T段的心脏电活动.结果显示,用移动单电流偶极子模拟的单束支电兴奋传导所产生的磁场图与用超导量子干涉器(SQUID)测量的CRBBB/CLBBB病人数据绘制的心脏复极时的心磁图(MCG)十分相似.结果表明,该多腔体心脏BEM模型可用于CLBBB/CRBBB病人心脏磁场逆问题的研究.此外,文中给出了两个评价指标:测量平面上多腔体与单腔体的心脏磁场强度极大值之比,以及两种模型的36个测量点上磁场强度均方根之比.分析表明,多腔体心脏模型更贴近人体心脏的实际情况.该模型中心脏组织电导率参数的取值,以及等效电流偶极子的位置和个数决定了磁场的强度和分布.     

超导纳米线单光子探测系统的时间抖动

超导纳米线单光子探测(SNSPD)器件具有较低的时间抖动特性,可以实现低误码率的QKD和高精度的激光测距。文中对超导纳米线单光子探测系统的时间抖动进行了详细的分析和测量,分析了SNSPD系统各部分对系统抖动的贡献。使用时间相关的单光子计数技术(TCSPC)和示波器的抖动分析软件,分别测量了SNSPD系统的时间抖动,比较了两种方法的优劣。在两种测量方法下,系统总的时间抖动分别约为42ps和31ps,计算后得到单光子探测器件的抖动约为25ps。发现放大器的性能对系统时间抖动影响明显。通过使用不同放大器比较分析了测量得到的时间抖动。     

心脏磁场分布电流源重构及其精度分析

用测量到的心脏磁场信号重构其电流源是一种无创揭示心脏电活动的方法. 心脏电活动的时空信息可视化, 将有助于心脏功能的研究和心脏疾病诊断. 本文通过仿真实验研究了一种减时窗波束形成器对分布时变电流源的重构能力, 以及源重构结果与心室兴奋传播的关系. 采用元胞自动机模拟心室的兴奋传播, 产生分布随时间变化的电流源, 并用边界元法构建了一个心脏-躯干模型, 模拟体电导的作用. 仿真结果表明, 这种减时窗波束形成器能够重构分布时变电流源, 并达到较好的精度. 将该方法和无穷大均匀介质导联矩阵用于一例正常人的心脏磁场信号分析, 其结果可以反映心室兴奋传播的基本特征. 关键词： 心磁图 源重构 边界元 波束形成器     

自差分交流偏置超导纳米线单光子探测器

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因其优异的综合性能,在量子信息、激光雷达等方面有广泛的应用.通常, SNSPD工作在直流偏置下,在时域上具有自由运行探测的优点.而在卫星激光测距、单光子激光雷达等光信号到达时间有规律的应用场景中,使用交流偏置有望提升器件运行速率、有效抑制背景暗计数,却存在信号读出困难的棘手问题.本文报道了自差分读出的交流偏置SNSPD系统,该系统包含两根并行排布纳米线构成的2-pixel SNSPD器件.给两根纳米线加载相同的100 MHz交流偏置信号,并对两路输出信号差分使噪声信号相抵消,实现光子响应信号的读出.基于该方法测得,响应信号的信噪比相比差分之前提升10倍,在交流偏置下器件的暗计数降低至直流偏置下的约1/4,计数率达到直流偏置下的约1.5倍.本文为交流偏置SNSPD测试提供了一种思路,为其应用提供参考数据.     

石墨烯中选择性增强Kane-Mele型自旋-轨道相互作用

增强石墨烯中的自旋-轨道相互作用可能实现无耗散的量子自旋霍尔器件,这需要在石墨烯样品中引入独特的Kane-Mele型自旋-轨道相互作用,并保持较高的迁移率.然而,对石墨烯的外在修饰往往会引入“外禀型”Rashba自旋-轨道相互作用,会破坏可能存在的拓扑态,并带来一定程度的杂质散射,降低样品迁移率.在石墨烯表面修饰EDTA-Dy分子后,载流子迁移率得到了提高,并且可以看到显著的量子霍尔电导平台.其弱局域化效应相比被修饰之前得到了抑制,这意味石墨烯中可能引入了内禀的Kane-Mele型自旋-轨道相互作用,增强了Elliot-Yafet型电子自旋弛豫机制.进一步通过矢量磁体磁阻测量,发现该分子覆盖在石墨烯上后造成了石墨烯微弱的涟漪,这种涟漪引起的弯曲声子效应模拟了Kane-Mele型自旋-轨道相互作用.