石墨烯量子点中将近完美的粒子孔对称性

标准半导体平台(如砷化镓、硅或硅)中已经广泛地进行双量子点的研究,因为它们为编码量子信息提供了方便的固态平台。 亚琛工业大学的二维材料和量子器件小组现已表明，双层石墨烯中的双量子点比其他材料具有更多优势：它们允许实现具有近乎完美的粒子对称性的系统，其中传输通过具有相反量子数的单个电子-空穴对的产生和湮灭。这导致了强大的选择规则，可用于自旋和谷量子位的高保真读出方案。

反粒子的概念在凝聚态物理学中起着核心作用，其中反粒子通常被称为空穴。例如，粒子态和空穴态之间存在（或不存在）对称性对于表征凝聚态系统中的拓扑相非常重要。然而，很少有人期望半导体中存在粒子-空穴对称性。一个明显的例外是在低能量极限下有间隙的双层石墨烯。

带隙允许使用与硅中使用的非常相似的栅极几何形状在双层石墨烯中创建量子点。然而，由于间隙尺寸小，这些量子点可以是双极性的，这意味着它们可以捕获电子和空穴，测量的具体数据取决于当前施加在晶体管的栅极上的电压。

这个事实有两个显着的后果。首先，通过仔细分析通过系统的电流，作者能够首次通过实验证明双层石墨烯中电子和空穴态之间的对称性。他们表明，即使电子和空穴在物理上被分离到不同的量子点中，对称性也几乎完美保留。其次，他们揭示了这种对称性会在通过系统的传输中产生强大而稳健的封锁机制，这可以为自旋和谷量子位提供可靠的读出方案。最后，他们发现，在一个特定的时间内，自旋和谷量子位之间的相互作用是不可避免的，并且这种相互作用可以通过一个简单的算法实现。

（编辑：银川站长网）

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