自旋电子学和计算机硬件产业

1988年发现巨磁电阻（GMR）效应，是基于自旋的新电子学的开始。文章介绍观察效应的物理基础，以及这些效应和材料在信息存储上的应用。GMR硬盘（HDD）已经形成了数十亿美元的工业；其后发现的室温隧道磁电阻（TMR）效应已用于制造新关磁随机存储器（MRAM），它正在开创另一个数十亿美元的工业。自旋电子学研究的物理对象是自旋向上和自旋向下的载流子，而传统半导体电子学的对象是电荷为正和电荷为负的载流子，即空穴和电子。电子自旋特性进入半导体电子学，为新的器件创造了机会。为了成功地将电子自旋结合到半导体微电子技术中去，需要解决磁性原子自旋极化状态的控制，以及自旋极化载流子电流的有效注入、传输、控制、操纵和检测。评述了基于电子自旋的新器件原理、新材料的探索以及自旋相干态的光学操纵。     

自旋电子学和计算机硬件产业

1988年发现的巨磁电阻(GMR)效应,是基于自旋的新电子学的开始.文章介绍观察效应的物理基础,以及这些效应和材料在信息存储上的应用.GMR硬盘(HDD)已经形成了数十亿美元的工业;其后发现的室温隧道磁电阻(TMR)效应已用于制造新的磁随机存储器(MRAM),它正在开创另一个数十亿美元的工业.自旋电子学研究的物理对象是自旋向上和自旋向下的载流子,而传统半导体电子学的对象是电荷为正和电荷为负的载流子,即空穴和电子.电子自旋特性进入半导体电子学,为新的器件创造了机会.为了成功地将电子自旋结合到半导体微电子技术中去,需要解决磁性原子自旋极化状态的控制,以及自旋极化载流子电流的有效注入、传输、控制、操纵和检测.评述了基于电子自旋的新器件原理、新材料的探索以及自旋相干态的光学操纵.     

压缩相干态腔场的类自旋GHZ态的制备

压缩相干态是准粒子空间的相干态,研究大振幅情况下的单模压缩相干态腔场,其特性类似于大振幅下的单模相干态腔场,与自旋1/2的两态粒子同构.文中提出一种方案,利用大失谐的JaynesCummings模型来制备处于压缩相干态的三个腔场的类自旋GreenbergerHorneZeilinger(GHZ)态. 关键词： 压缩相干态 类自旋GHZ态 大失谐JaynesCumminys模型 同构     

多层结构双自旋过滤隧道结中的电子输运特性

在转移矩阵方法及Mireles和Kirczenow的量子相干输运理论的基础上,研究了正常金属层/磁性半导体层/非磁绝缘层/磁性半导体层/正常金属层型双自旋过滤隧道结中Rashba自旋轨道耦合效应和自旋过滤效应对自旋相关输运的影响.讨论了隧穿磁电阻（TMR）、隧穿电导与各材料层厚度、Rashba自旋轨道耦合强度以及两磁性半导体中磁矩的相对夹角θ之间的关系.研究表明：含磁性半导体层的双自旋过滤隧道结由于磁性半导体层的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合作用可获得极大的TMR值.另外TMR和隧穿电导随着Rashba自旋轨道耦合强度的变化而振荡,振荡周期随Rashba自旋轨道耦合强度的增大逐渐减小. 关键词： 双自旋过滤隧道结 Rashba自旋轨道耦合 隧穿磁电阻 隧穿电导     

两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统的自旋压缩

在周期性脉冲撞击的两分量玻色－爱因斯坦凝聚系统中研究了自旋压缩动力学性质,结果表明：原子自旋压缩动力学能够揭示相空间的混沌和规则结构,即当初始相干态处在混沌区域时,自旋压缩在很短时间后消失,而当初始相干态处在规则区域时,自旋压缩则存在很长时间.特别是随着时间的演化,系统的平均自旋方向的分布和摆动也与初态所处的空间结构有着密切的联系.最后,研究了相空间的整体自旋压缩动力学,得到了一种较好的量子-经典对应. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 混沌 自旋压缩 平均自旋方向     

可恢复相干性中心自旋模型结构设计及精确动力学

中心自旋不可避免地与周围核自旋发生相互作用,发生退相干,这也是量子信息和量子计算领域长久以来面临的严峻挑战之一。我们提出了一种可以完美且长久保持中心自旋量子位相干性的结构,该结构由一个自旋-1/2中心自旋通过XXZ型超精细相互作用耦合上一个由非均匀耦合相互作用的自旋链构成,其在中心自旋为叠加态、浴自旋为反铁磁态为初态及浴内为较强耦合的情况下,中心自旋可近似维持原有相干性,进一步去除xy方向超精细耦合,可完美保持相干性。中心自旋作量子位,将此结构应用于量子计算,或可实现无损耗量子计算。我们用浴自旋模拟环境,应用基于XX链中自旋算符矩阵元解析表示的运动方程方法,系统地研究了环境对于中心自旋退相干动力学的影响,着重研究了浴自旋间非均匀耦合影响下的中心自旋相干因子的动力学特性。在从最小到最大调控浴自旋间非均匀耦合过程中,中心自旋相干动力学大致呈现出了六个阶段,展现了丰富的量子动力学特性,并为日后研究中心自旋动力学提供了两个重要参考标志：相干因子的长时平均值的极值可以作为区分不同相的标志;相干因子长时演化的平衡可以作为竞争平衡中耦合关系对等或之间的倍数关系的标志。     

掺杂的高温超导体的自旋晶格弛豫率

本在赝隙和剩余态密度基础上对ＹＢａ２（Ｃｕ１－ｘＺｎｘ）３Ｏ７及Ｔｌ２Ｂａ２ＣｕＯ６＋ｙ（Ｔｃ＝４０Ｋ）在超导态下的自旋晶格弛豫行为进行了研究，在低于Ｔｃ的整个温区内计算值与实验符合较好。研究表明在稍低于Ｔｃ的温区赝隙导致了ＢＣＳ理论预言的相干峰消失，而在低温，剩 余态密度对体系的自旋晶格弛豫率的贡献起了主要作用。     

自旋团簇量子主方程的复合动力学对称性和热力学性质

基于三同核线型自旋团簇(每个粒子的自旋为S=1/2)的非自治量子主方程,研究了处于热辐射场中的自旋团簇的热力学性质.利用新颖的代数动力学方法,即引入动力学群的左右表象,不仅发现了自旋团簇的一个子空间态具有的SU(2)U(1)U(1)结构,而且对该子空间态在演化中所产生的耗散和退相干性质进行了计算.     

一维XY自旋链中双自旋比特的相干分布及其相变临界行为

本文在具有Dzyaloshinsky-Moriya(DM)相互作用的一维XY自旋链中,以双自旋比特系统为研究对象,基于Jensen-Shannon熵,研究了量子相干分布（局域相干和集体相干）及其相变临界行为。研究发现,通过改变自旋-自旋耦合作用和DM相互作用,可以有效调控局域相干与集体相干之间的相互转化。此外,局域相干和集体相干能够通过局部极值或发散的临界行为准确地表征自旋链的一阶和二阶量子相变。当一阶量子相变的探测受到自旋-自旋耦合作用和DM相互作用的干扰时,集体相干比局域相干具有更加稳定的识别效果。最后,长距离自旋对的总体相干和集体相干在表征二阶量子相变上都具有显著优势。     

非对称自旋-轨道耦合系统的多体量子相干含时演化

本文以具有非对称性自旋相互作用的三体自旋系统为研究对象,重点研究了三体量子相干含时演化规律.采用精确量子对角化和基于量子主方程的数值模拟方法,讨论了三体量子系统中多种量子相干组分及其退相干.研究发现,量子相干组分的含时演化与整个系统的初态量子特性紧密相关.当初态为可分离纯态时,在较短时间内,非对称相互作用有利于增加多体量子相干度.这些量子相干度因受噪声影响而逐渐衰减.当初态为类Werner态时,量子相干度的分布满足加和性,即三体量子相干度等于所有两体量子相干度之和.自旋之间非对称相互作用和环境噪声都会引起三体量子相干度大于所有两体量子相干度之和.这些结论有助于多体量子资源的制备.     

Coherence and squeezing in superpositions of spin coherent states

We consider the superpositions of spin coherent states and study the coherence properties and spin squeezing in these states. The spin squeezing is examined using a new version of spectroscopic squeezing criteria. The results show that the antibuching effect can be enhanced and spin squeezing can be generated in the superpositions of two spin coherent states.     

Quantum statistical properties of photon-added spin coherent states

The photon-added spin coherent state as a new kind of coherent state has been defined by iterated actions of the proper raising operator on the ordinary spin coherent state. In this paper, the quantum statistical properties of photon-added spin coherent states such as photon number distribution, second-order correlation function and Wigner function are studied. It is found that the Wigner function shows the negativity in some regions and the second-order correlation function is less than unity. Therefore, the photon-added spin coherent state is a nonclassical state.     

电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化特性

本文研究了电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化矢量。对于数态探测场,在光信息转移过程中,两原子自旋极化矢量始终固定在z方向,大小变化非常明显,两原子一般处于混合态;对于相干态探测场,自旋极化矢量大小变化很微弱,两量子比特基本处于纯态,这有利于改善系综内原子之间的相干性,但自旋极化矢量的方向在x-z平面内。     

Preparation of Macroscopic Entangled Coherent States in Nitrogen-Vacancy Centers Ensembles Coupled to a Superconducting Flux Qubit

We propose a potentially practical scheme for creating macroscopic entangled coherent state between two separate nitrogen-vacancy center spin ensembles placed near a superconducting flux qubit. Through the collective magnetic coupling and the in situ tunability of the flux qubit, the arbitrary entangled coherent states of spin ensembles can be achieved with high success possibilities under the influence from decoherence of the flux qubit and spin ensembles.The experimental feasibility and challenge are justified using currently available technology.     

电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化特性

本文研究了电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化矢量.对于数态探测场,在光信息转移过程中,两原子自旋极化矢量始终固定在z方向,大小变化非常明显,两原子一般处于混合态;对于相干态探测场,自旋极化矢量大小变化很微弱,两量子比特基本处于纯态,这有利于改善系综内原子之间的相干性,但自旋极化矢量的方向在x-z平面内.     

Spin dynamics and four-photon mixing in InSb

The spin flip Raman interaction can be used to excite coherent spin precession in semiconductors. Resonant, four-photon mixing is shown to be equivalent to Raman scattering from this coherent state. Studies of the four-photon intensity give information concerning spin dynamics (T₁ and T₂) in n-InSb.     

Raman heterodyne detected magnetic resonance: I. CW and coherent transient measurements

We report cw and coherent transient studies on electronic and nuclear magnetic transitions of the nitrogen-vacancy centre in diamond using an optical-rf double resonance technique: Raman heterodyne detection. Emphasis is placed on the coherent transient measurements to illustrate the versatility of the detection technique, which is not only very sensitive but is also ideal in this case since it is based on a coherent process. In this paper we show that Raman heterodyne detection can be used to obtain a wide range of signals including nutation, spin echo, rotary echo and spin locking in a single system. Finally an example of using coherent transients to test the validity of the Bloch equation is given.     

Storage of multiple coherent microwave excitations in an electron spin ensemble

Strong coupling between a microwave photon and electron spins, which could enable a long-lived quantum memory element for superconducting qubits, is possible using a large ensemble of spins. This represents an inefficient use of resources unless multiple photons, or qubits, can be orthogonally stored and retrieved. Here we employ holographic techniques to realize a coherent memory using a pulsed magnetic field gradient and demonstrate the storage and retrieval of up to 100 weak 10?GHz coherent excitations in collective states of an electron spin ensemble. We further show that such collective excitations in the electron spin can then be stored in nuclear spin states, which offer coherence times in excess of seconds.     

Coherence and squeezing in Z3‐graded spin coherent states

A new kind of spin coherent state called a Z₃‐graded spin coherent state is constructed by using the complex solution of the equation q³ = 1. We explicitly find three kinds of Z₃‐graded spin coherent states. The associated coherent property and spin squeezing are also examined.