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用于磁场传感、自旋电子学和量子计算的固态斯特恩-盖拉赫自旋分离器。

Solid-state Stern-Gerlach spin splitter for magnetic field sensing, spintronics, and quantum computing.

作者信息

Björnson Kristofer, Black-Schaffer Annica M

机构信息

Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, Box 516, S-751 20 Uppsala, Sweden.

Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Juliane Maries Vej 30, DK-2100 Copenhagen, Denmark.

出版信息

Beilstein J Nanotechnol. 2018 May 25;9:1558-1563. doi: 10.3762/bjnano.9.147. eCollection 2018.

DOI:10.3762/bjnano.9.147
PMID:29977689
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6009311/
Abstract

We show conceptually that the edge of a two-dimensional topological insulator can be used to construct a solid-state Stern-Gerlach spin splitter. By threading such a Stern-Gerlach apparatus with a magnetic flux, Aharanov-Bohm-like interference effects are introduced. Using ferromagnetic leads, the setup can be used to both measure magnetic flux and as a spintronics switch. With normal metallic leads a switchable spintronics NOT-gate can be implemented. Furthermore, we show that a sequence of such devices can be used to construct a single-qubit SU(2)-gate, one of the two gates required for a universal quantum computer. The field sensitivity, or switching field, , is related to the characteristic size of the device, , through = /(2π), with being the unit of electric charge.

摘要

我们从概念上表明,二维拓扑绝缘体的边缘可用于构建固态斯特恩-盖拉赫自旋分离器。通过用磁通量穿过这样一个斯特恩-盖拉赫装置,会引入类似阿哈罗诺夫-玻姆的干涉效应。使用铁磁引线,该装置既可以用于测量磁通量,也可以用作自旋电子学开关。使用普通金属引线,可以实现一个可切换的自旋电子学非门。此外,我们表明,一系列这样的器件可用于构建一个单量子比特的SU(2)门,这是通用量子计算机所需的两个门之一。场灵敏度或开关场(\Delta B)与器件的特征尺寸(L)通过(\Delta B = \hbar/(2\pi e L))相关,其中(e)是电荷单位。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/1528/6009311/cc637c294e18/Beilstein_J_Nanotechnol-09-1558-g003.jpg
https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/1528/6009311/34048fc509b0/Beilstein_J_Nanotechnol-09-1558-g002.jpg
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