Ab initio study of phosphorus donors acting as quantum bits in silicon nanowires

Nano Letters

Volumn 12, Issue 7, 2012, Pages 3460-3465

  Yan, Binghai ^a   Rurali, Riccardo ^b   Gali, Ádám ^c,d  

^a UNIVERSITY OF BREMEN   (Germany)

^b INSTITUT DE CIÈNCIA DE MATERIALS DE BARCELONA ICMAB CSIC   (Spain)

^c INSTITUTE OF EXPERIMENTAL MEDICINE   (Hungary)

^d BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS   (Hungary)

Author keywords

density functional theory; electronic structure; excited states; hyperfine coupling; qubits; silicon nanowires

Indexed keywords

AB INITIO DENSITY FUNCTIONAL THEORIES (DFT); AB INITIO STUDY; DONOR ELECTRONS; DONOR IMPURITIES; ELECTRON SPINS; ELEVATED TEMPERATURE; EXTERNAL ELECTRIC FIELD; HYPERFINE COUPLING; KANE QUANTUM COMPUTER; PHOSPHORUS DONOR; QUANTUM BIT (QUBIT); QUANTUM BITS; QUBITS; SI NANOWIRE; SILICON NANOWIRES; SPIN-LATTICE RELAXATION-TIME; SURFACE TERMINATION;

CALCULATIONS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRIC FIELDS; ELECTRONIC STRUCTURE; EXCITED STATES; EXPERIMENTS; FIELD EFFECT TRANSISTORS; ISOMERS; MAGNETIC MOMENTS; NANOWIRES; PHOSPHORUS; QUANTUM CONFINEMENT; QUANTUM ENTANGLEMENT; SILICON; SPIN DYNAMICS;

QUANTUM COMPUTERS;

EID: 84863846622     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl300816t     Document Type: Article

References (57)

1. Kane, B. E. Nature 1998, 393, 133-137
2. Bradbury, F. R.; Tyryshkin, A. M.; Sabouret, G.; Bokor, J.; Schenkel, T.; Lyon, S. A. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 176404
3. Morton, J. J. L.; Tyryshkin, A. M.; Brown, R. M.; Shankar, S.; Lovett, B. W.; Ardavan, A.; Schenkel, T.; Haller, E. E.; Ager, J. W.; Lyon, S. A. Nature 2008, 455, 1085-1088
4. Yang, A.; Steger, M.; Sekiguchi, T.; Thewalt, M. L. W.; Ladd, T. D.; Itoh, K. M.; Riemann, H.; Abrosimov, N. V.; Becker, P.; Pohl, H.-J. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 257401
5. Morello, A.; Pla, J. J.; Zwanenburg, F. A.; Chan, K. W.; Tan, K. Y.; Huebl, H.; Mottonen, M.; Nugroho, C. D.; Yang, C.; van Donkelaar, J. A.; Alves, A. D. C.; Jamieson, D. N.; Escott, C. C.; Hollenberg, L. C. L.; Clark, R. G. Nature 2010, 467, 687-691
6. Dreher, L.; Hilker, T. A.; Brandlmaier, A.; Goennenwein, S. T. B.; Huebl, H.; Stutzmann, M.; Brandt, M. S. Phys. Rev. Lett. 2011, 106, 037601
7. Hoehne, F.; Dreher, L.; Huebl, H.; Stutzmann, M.; Brandt, M. S. Phys. Rev. Lett. 2011, 106, 187601
8. Simmons, S.; Brown, R. M.; Riemann, H.; Abrosimov, N. V.; Becker, P.; Pohl, H.; Thewalt, M. L. W.; Itoh, K. M.; Morton, J. J. L. Nature 2011, 470, 69-72
9. Morton, J. J. L.; McCamey, D. R.; Eriksson, M. A.; Lyon, S. A. Nature 2011, 479, 345-353
10. Rurali, R. Rev. Mod. Phys. 2010, 82, 427-449
11. Yang, C.; Zhong, Z.; Lieber, C. M. Science 2005, 310, 1304-1307
12. Xie, P.; Hu, Y.; Fang, Y.; Huang, J.; Lieber, C. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 15254-15258
13. Rueß, F.; Pok, W.; Reusch, T. C.; Butcher, M.; Goh, K. E.; Oberbeck, L.; Scappucci, G.; Hamilton, A.; Simmons, M. Small 2007, 3, 563-567
14. Sellier, H.; Lansbergen, G. P.; Caro, J.; Rogge, S.; Collaert, N.; Ferain, I.; Jurczak, M.; Biesemans, S. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 206805
15. Pierre, M.; Wacquez, R.; Jehl, X.; Sanquer, M.; Vinet, M.; Cueto, O. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 133-137
16. Ma, D. D. D.; Lee, C. S.; Au, F. C. K.; Tong, S. Y.; Lee, S. T. Science 2003, 299, 1874-1877
17. Zhao, X.; Wei, C. M.; Yang, L.; Chou, M. Y. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 236805
18. Bruno, M.; Palummo, M.; Marini, A.; Del Sole, R.; Ossicini, S. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 036807
19. Rurali, R.; Aradi, B.; Frauenheim, T.; Gali, A. Phys. Rev. B 2007, 76, 113303
20. Diarra, M.; Niquet, Y.-M.; Delerue, C.; Allan, G. Phys. Rev. B 2007, 75, 045301
21. Rurali, R.; Aradi, B.; Frauenheim, T.; Gali, A. Phys. Rev. B 2009, 79, 115303
22. Björk, M. T.; Schmid, H.; Knoch, J.; Riel, H.; Riess, W. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 103-107
23. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1994, 49, 14251
24. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758
25. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
26. Blöchl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953
27. Rurali, R.; Palummo, M.; Cartoixà, X. Phys. Rev. B 2010, 81, 235304
28. Wang, Y.; Lew, K.-K.; Ho, T.-T.; Pan, L.; Novak, S. W.; Dickey, E. C.; Redwing, J. M.; Mayer, T. S. Nano Lett. 2005, 5, 2139-2143
29. Slater, J. C.; Wood, J. H. Int. J. Quantum Chem. Suppl. 1971, 4, 3-34
30. Yan, B.; Frauenheim, T.; Gali, A. Nano Lett. 2010, 10, 3791-3795
31. Wu, Y.; Cui, Y.; Huynh, L.; Barrelet, C.; Bell, D.; Lieber, C. Nano Lett. 2004, 4, 433-436
32. Yan, J.-A.; Yang, L.; Chou, M. Y. Phys. Rev. B 2007, 76, 115319
33. Leu, P. W.; Shan, B.; Cho, K. Phys. Rev. B 2006, 73, 195320
34. Ng, M.-F.; Zhou, L.; Yang, S.-W.; Sim, L. Y.; Tan, V. B. C.; Wu, P. Phys. Rev. B 2007, 76, 155435
35. Aradi, B.; Ramos, L. E.; Deak, P.; Kohler, T.; Bechstedt, F.; Zhang, R. Q.; Frauenheim, T. Phys. Rev. B 2007, 76, 035305
36. Nolan, M.; OCallaghan, S.; Fagas, G.; Greer, J.; Frauenheim, T. Nano Lett. 2007, 7, 34-38
37. Avramov, P. V.; Kuzubov, A. A.; Fedorov, A. S.; Sorokin, P. B.; Tomilin, F. N.; Maeda, Y. Phys. Rev. B 2007, 75, 205427
38. Koleini, M.; Colombi Ciacchi, L.; Fernández-Serra, M. V. ACS Nano 2011, 5, 2839-2846
39. Haick, H.; Hurley, P. T.; Hochbaum, A. I.; Yang, P.; Lewis, N. S. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8990-8991
40. Bashouti, M. Y.; Stelzner, T.; Berger, A.; Christiansen, S.; Haick, H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 19168-19172
41. Assad, O.; Puniredd, S. R.; Stelzner, T.; Christiansen, S.; Haick, H. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17670-17671
42. Greenland, P. T.; Lynch, S. A.; van der Meer, A. F. G.; Murdin, B. N.; Pidgeon, C. R.; Redlich, B.; Vinh, N. Q.; Aeppli, G. Nature 2010, 465, 1057-1061
43. Müller, J.; Finger, F.; Carius, R.; Wagner, H. Phys. Rev. B 1999, 60, 11666-11677
44. Fujii, M.; Mimura, A.; Hayashi, S.; Yamamoto, Y.; Murakami, K. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 206805
45. Melnikov, D. V.; Chelikowsky, J. R. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 046802
46. Chan, T.-L.; Tiago, M.; Kaxiras, E.; Chelikowsky, J. Nano Lett. 2008, 8, 596-600
47. Petretto, G.; Debernardi, A.; Fanciulli, M. Nano Lett. 2011, 11, 4509-4514
48. Feher, G. Phys. Rev. 1959, 114, 1219-1244
49. Hale, E. B.; Mieher, R. L. Phys. Rev. 1969, 184, 739-750
50. Hu, Y.; Kuemmeth, F.; Lieber, C. M.; Marcus, C. M. Nature Nanotechnol. 2011, 7, 47-50
51. Peelaers, H.; Partoens, B.; Peeters, F. Nano Lett. 2006, 6, 2781-2784
52. Semiconductor Industry Association. International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), 2007. http://www.itrs.net/Links/2007ITRS/Home2007.htm; (accessed March 3, 2012).
53. Press, D.; Ladd, T.; Zhang, B.; Yamamoto, Y. Nature 2008, 456, 218-221
54. Yamamoto, Y. Jpn. J. Appl. Phys. 2011, 50, 100001
55. Steger, M.; Sekiguchi, T.; Yang, A.; Saeedi, K.; Hayden, M. E.; Thewalt, M. L. W.; Itoh, K. M.; Riemann, H.; Abrosimov, N. V.; Becker, P.; Pohl, H.-J. J. Appl. Phys. 2011, 109, 102411
56. Fuechsle, M.; Miwa, J. A.; Mahapatra, S.; Ryu, H.; Lee, S.; Warschkow, O.; Hollenberg, L. C. L.; Klimeck, G.; Simmons, M. Y. Nature Nanotechnol. 2012, 7, 242-246
57. Weber, B.; Mahapatra, S.; Ryu, H.; Lee, S.; Fuhrer, A.; Reusch, T. C. G.; Thompson, D. L.; Lee, W. C. T.; Klimeck, G.; Hollenberg, L. C. L.; Simmons, M. Y. Science 2012, 335, 64-67