[發(fā)明專利]一種二維過渡金屬硫族化合物量子點(diǎn)的精確仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210236146.0
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114582437A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張碩;尹文言
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G16C20/30
• 分類號: G16C20/30;G16C10/00;G06F30/23
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開了一種二維過渡金屬硫族化合物量子點(diǎn)的精確仿真方法，該方法采用緊束縛哈密頓量，對多種二維過渡金屬硫族化合物量子點(diǎn)進(jìn)行建模仿真，給出低溫下自洽的量子點(diǎn)分立能級結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)自旋量子比特、能谷量子比特以及自旋?能谷量子比特的設(shè)計(jì)優(yōu)化。本發(fā)明能夠?yàn)槎喾N二維過渡金屬硫族化合物的靜電學(xué)量子點(diǎn)問題提供精確的仿真方法，實(shí)現(xiàn)低溫下基于面內(nèi)多柵極量子阱和異質(zhì)結(jié)量子阱的二維材料量子點(diǎn)仿真設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，量子點(diǎn)形態(tài)、尺寸、缺陷原子和磁場調(diào)控效應(yīng)可以得到精確、高效的仿真結(jié)果，為量子比特的設(shè)計(jì)提供了高置信度仿真平臺，具有全面、精確和高效的優(yōu)勢，在二維半導(dǎo)體材料量子計(jì)算領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二維半導(dǎo)體材料量子點(diǎn)為基礎(chǔ)的量子計(jì)算元件和量子比特仿真設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種二維過渡金屬硫族化合物量子點(diǎn)的精確仿真方法，該方法可實(shí)現(xiàn)二維材料量子點(diǎn)及其對應(yīng)的自旋/能谷量子比特高效仿真與設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

近年來，二維過渡金屬硫族化合物半導(dǎo)體所具有的優(yōu)異的界面性質(zhì)、靜電學(xué)特性，以及新穎的自旋和能谷動力學(xué)性質(zhì)吸引了廣泛的研究興趣，同時基于這些特性，人們初步開展了針對二維材料量子點(diǎn)的理論和實(shí)驗(yàn)研究，尋求利用其自旋和能谷自由度設(shè)計(jì)量子比特，并用于量子計(jì)算。然而，對二維材料量子點(diǎn)的仿真和實(shí)驗(yàn)均處于初始階段，理論和方法尚不成熟，對量子比特的設(shè)計(jì)和定義尚不明確；同時，對二維過渡金屬硫族化合物量子點(diǎn)的仿真方法普遍采用基于第一性原理的商業(yè)軟件，耗費(fèi)計(jì)算成本和計(jì)算時間。為此，本發(fā)明提出了一種二維過渡金屬硫族化合物量子點(diǎn)的精確仿真方法，在保證計(jì)算精度的同時，提高計(jì)算效率，減少計(jì)算資源的消耗。

現(xiàn)有文獻(xiàn)(S.Bednarek,B.Szafran,and J.Adamowski,“Theoreticaldescription of electronic properties of vertical gated quantum dots,”Phys.Rev.B,vol.64,no.19,p.195303,Oct.2001,doi:10.1103/PhysRevB.64.195303.)提出了一種基于薛定諤-泊松方程自洽求解的III-V族異質(zhì)結(jié)材料量子點(diǎn)仿真方法，描述了垂直柵極束縛和異質(zhì)結(jié)量子阱共同形成的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分立能級、電學(xué)性質(zhì)和庫倫阻塞。該仿真方法簡單快捷，準(zhǔn)確且高效，然而，該方法僅針對III-V族材料異質(zhì)結(jié)形成的靜電學(xué)量子點(diǎn)，且僅針對基于電荷自由度的單電子器件和量子比特設(shè)計(jì)，無法描述二維材料量子點(diǎn)分立能態(tài)所具有的獨(dú)特自旋和能谷自由度。

值得注意的是，文獻(xiàn)(S.and F.M.Peeters,“Electronic properties oftriangular and hexagonal MoS₂ quantum dots,”Phys.Rev.B,vol.91,no.15,p.155410,Apr.2015,doi:10.1103/PhysRevB.91.155410.)首先采用了基于最近鄰的緊束縛模型，仿真計(jì)算三角形和六邊形MoS₂量子點(diǎn)的電子能級結(jié)構(gòu)，但是該仿真方法未涉及靜電學(xué)量子點(diǎn)的靜態(tài)和動態(tài)自洽仿真，以及自旋和能谷自由度的量子比特仿真設(shè)計(jì)。此外，該方法中采用的緊束縛模型僅限于最近鄰原子的相互作用，無法給出準(zhǔn)確的電子能帶結(jié)構(gòu)、Γ/K能谷位置和帶隙大小；仿真中得到的價帶頂能態(tài)來自Γ能谷，無法給出準(zhǔn)確的價帶自旋/能谷量子比特定義。