Verdoppeln Sie den (Quanten-) Spaß | 2020

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Anonim

Eine Gruppe von Forschern in Japan untersucht das Verhalten eines bestimmten SET-Typs, der aus zwei Quantenpunkten besteht, die so kleine Materialteile sind, dass sie Quanteneigenschaften aufweisen. Die Gruppe hat eine detaillierte Analyse der elektrischen Eigenschaften der sogenannten Doppelquantenpunkt-SETs erstellt, die Forschern helfen könnten, bessere Vorrichtungen zur Manipulation einzelner Elektronen zu entwickeln. Sie berichten über ihre Ergebnisse im Journal of Applied Physics des AIP Publishing.

Das Team begann seine Arbeit mit der Herstellung der Elektroden des SET, die durch eine Lücke im Nanometerbereich getrennt waren, mit einer stromlosen Vergoldungstechnik. Anschließend synthetisierten sie größenkontrollierte Goldnanopartikel innerhalb der Lücke.

Dazu "bauten sie chemisch eine Reihe von Doppelpunkt-SETs zusammen, indem sie zwei Goldnanopartikel zwischen den Nanospaltelektroden mit Alkandithiolmolekülen zu einer selbstorganisierten Monoschicht verankerten", erklärte Yutaka Majima, Professor im Materials and Structures Laboratory am Tokyo Institute of Technology.

Das Team testete die elektrischen Eigenschaften des Bauelements und stellte fest, dass Bereiche innerhalb der Quantenpunkte eine Leitfähigkeit von Null und eine stabile Elektronenzahl aufwiesen - beides äußerst wünschenswerte Eigenschaften für das Quantencomputing. Solche Regionen werden Coulomb-Diamanten genannt und ihre Eigenschaften seien "außerordentlich stabil und begehrt", sagte Majima.

Dieselben Forscher hatten zuvor Coulomb-Diamanten in Einzelquantenpunkt-SETs gefunden.

Die Gruppe - zu der auch Mitglieder der Kyoto University, der University of Tsukuba und der Japan Science and Technology Agency (JST) gehörten - konnte dann durch theoretische und experimentelle Analyse viele weitere wichtige elektrische Parameter der SETs bestimmen. Das Team hat diese Parameter dann mit der Geometrie des Geräts verknüpft.

"Dank der Stabilität von the Coloumb diamond konnten wir die Ersatzschaltbildparameter durch Analyse der elektrischen Eigenschaften des Geräts genau bestimmen", sagte Majima. "Die genaue Schätzung der Schaltungsparameter führt zur Bestimmung von Doppelpunktstrukturen, die für reproduzierbare Einzelelektronenbauelemente von entscheidender Bedeutung sein können."

Majima und Kollegen stellten fest, dass die ausgewerteten Parameter "gut mit den geometrischen Strukturen des Bauelements übereinstimmen", die sie mittels Rasterelektronenmikroskopie beobachten konnten.

In Bezug auf Anwendungen ist es durchaus möglich, dass die Arbeit des Teams mit Doppelpunkt-SETs künftig in der Quantenelektronik Verwendung findet, um ein einzelnes Elektron und seinen Spin zu manipulieren.

Das nächste Ziel der Forscher besteht darin, "ein einzelnes Elektron und seinen Spin auf Doppelpunkt-Einzelelektronengeräten zu manipulieren und zu steuern, indem asymmetrische Side-Gate-Elektroden verwendet werden, um Spin-Qubits zu demonstrieren", sagte Majima.

Qubits, auch Quantenbits genannt, können sowohl eine "Null" als auch eine "Eins" gleichzeitig in ihrem relativen Spin codieren, weshalb sie zum Speichern und Bearbeiten von Informationen in Quantencomputern eingesetzt werden.