苏黎世联邦理工，双层石墨烯新发现

【DT半导体】获悉，本征的谷自由度使得双层石墨烯（BLG）成为半导体量子比特的独特平台。单载流子量子点（QD）基态表现出双重简并性，其中构成克莱默对的两个态具有相反的自旋和谷量子数。由于谷相关的贝里曲率，外加的垂直磁场破坏了该基态的时间反演对称性，量子比特可以被编码在自旋-谷子空间中。克莱默态受到已知的自旋和谷混合机制的保护，因为混合要求同时改变这两个量子数。

在此，瑞士苏黎世联邦理工学院Artem O. Denisov，Hadrien Duprez等在“Nature Nanotechnology”期刊上发表了题为“Spin–valley protected Kramers pair in bilayer graphene”的最新论文。他们在伯纳尔双层石墨烯中制造了一个可调的量子点器件，并测量了克莱默态的自旋-谷弛豫时间为38秒，在30mK下，比纯自旋阻挡态的0.4秒长两个数量级。我们还展示了本征的凯恩-梅尔自旋-轨道分裂使得即使在零磁场下，也能通过单次读取实现克莱默双重态的读取，且保真度超过99%。

如果这些长寿命的克莱默态还具有长的相干时间，并且可以有效操作，那么BLG中的电场定义量子点可能作为长寿命的半导体量子比特，超越自旋量子比特范式。

研究亮点

1）实验首次在伯纳尔双层石墨烯（BLG）中实现了可调电场定义的量子点（QD），并成功测量了自旋-谷弛豫时间。研究表明，克莱默态的自旋-谷弛豫时间在30mK下为38秒，比纯自旋弛豫时间（0.4秒）长两个数量级。

2）实验通过制造并调节量子点器件，利用电场精确控制自旋和谷自由度的耦合，研究了在小磁场或零磁场下的量子比特弛豫行为。结果表明，BLG中由于较低的谷混合率，谷自由度的弛豫时间远长于自旋自由度，证明了BLG作为半导体量子比特平台的潜力。

3）实验进一步展示了凯恩-梅尔自旋-轨道分裂效应，在零磁场下实现了高保真度的克莱默双重态单次读取，保真度超过99%。这表明BLG中的自旋-谷量子比特可以在不需要外加磁场的情况下实现有效的单次读取，并具有较长的寿命。

图文解读

弛豫时间的设备和脉冲协议

单次能量谱分析

区分不同的弛豫通道

总结展望

此外，BLG自旋-轨道耦合较弱，相比于传统半导体平台，能够有效避免自旋相干时间受电荷噪声的限制。研究还指出，如何操作谷自由度仍是一个挑战，未来可以通过自旋-谷交换相互作用或电子自旋共振技术来实现谷度自由度的有效操控，这为实现高效的量子信息处理和量子比特操作提供了新的思路。综合来看，BLG作为量子计算的材料平台具有长相干时间、低噪声和可调控的优势，有望推动量子信息科学的发展，并为量子计算机的实现奠定基础。

2025（第五届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛

4月10-12日   浙江宁波

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论坛背景

Background of the Forum

碳基半导体（包括金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）因其超宽禁带、高热导率、高载流子迁移率以及优异的化学稳定性等卓越的特性，正在成为解决传统硅基半导体材料逐渐逼近物理极限问题的关键途径。在人工智能、5G/6G通信、新能源汽车等迅猛发展的新兴产业领域表现出广阔的应用前景。尤其是在当前不确定的国际局势和贸易环境背景下，碳基半导体战略意义凸显，成为多国布局的重要赛道。

为此，由DT新材料将举办的2025（第五届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛，以“创新·融合（金刚石&“金刚石+”）”为主题，将围绕金刚石以及“金刚石+”半导体的生长、精密加工、键合、器件制造、高效热管理应用等环节中的关键技术和设备，搭建一个汇聚顶尖专家学者、企业家和产业界人士的高水平交流平台，分享与探讨碳基半导体产业趋势、创新成果和应用需求，推动碳基半导体产业上下游合作，助力产业链高质量发展。

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论坛信息

Forum Info

论坛主题：创新·融合（金刚石&"金刚石+"）

论坛时间：2025年4月10-12日

论坛地点：浙江宁波  

论坛主席：江南，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

执行主席：邬苏东，甬江实验室研究员

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论坛组织

Forum organization

主办单位：DT新材料

联合主办：

中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能碳素实验室

甬江实验室

宁波工程学院

协办单位：

宁波盈诺科技孵化有限公司

支持单位：

河北工业大学先进激光技术研究中心

金刚石激光技术及应用协同创新中心

中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟

支持媒体：

DT半导体、洞见热管理、Carbontech、DT新材料、DT芯材、化合物半导体、芯师爷

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论坛设置

Forum Settings

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核心议题

core subject

**拟定议题，以实际议程为准。欢迎企业和科研单位提供和定制议题方向。

主论坛：碳基半导体的机遇与挑战

（1）新的国际局势与政策导向下的碳基半导体发展趋势研判

（2）AI等未来产业驱动下的碳基半导体的市场需求与前景分析

（3）碳基半导体（金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）前沿研究进展

（4）碳基半导体器件（金刚石及“金刚石+”）产业化与应用进展

（5）碳基半导体产业投资分析

主题一：金刚石半导体制备与应用探索

（1）大尺寸、低成本金刚石制备技术与产业化推进

（2）高效、低损伤金刚石精密加工技术

（3）金刚石功率器件的热管理解决方案

主题二：“金刚石+”半导体制造与规模化应用

（1）“金刚石+”半导体异质外延生长（金刚石薄膜）

（2）“金刚石+”半导体键合技术

（3）“金刚石+”半导体先进光刻与微纳加工

（4）“金刚石+”半导体先进封装（2.5D/3D集成）

（5）“金刚石+”半导体（SiC、GaN、Ga2O3、AlN、BN）的最新研究进展及其在功率器件、二极管、射频器件、滤波器、热管理等领域应用

主题三：石墨烯&碳纳米管制备以及其在柔性&高速电子设备领域的应用

（1）石墨烯晶圆的大尺寸制备、带隙调控及器件研究

（2）石墨烯在柔性电子和可穿戴设备中的应用

（3）碳纳米管的手性控制与选择性生长

（4）碳纳米管在高速电子设备（高性能计算、通信设备等）中的应用拓展

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参会注册

Registration

参会代表(/人)

报名且线上缴费￥3000，早鸟价￥2800

学生(/人)

报名且线上缴费￥1500，早鸟价￥1200

注：注册费包含资料费、会议期间餐费等，不包含住宿费、交通费。

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往届回顾

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圆满落幕！500+行业大咖携手CarbonSemi助力碳基半导体产业化进程！第四届碳基半导体材料与器件产业发展论坛，陪伴行业发展