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调入双层石墨烯双量子点以进行单电子控制

纳米字母报告了石墨烯双量子点的首次演示,其中可以将电子数量控制到零。这些结果远非抽象的学术unt俩,可以证明是未来基于石墨烯的量子计算实现的关键。“具有精确的信息并控制点中的电子数量对于基于自旋的量子信息技术至关重要,”德国亚琛工业大学研究人员,第一篇报道这些结果的论文作者卢卡·班泽鲁斯说。

尽管这种控制水平已在单量子点中得到了证明,但这是石墨烯双量子点中的首次证明,该石墨烯双量子点特别适合用作自旋量子位。Banszerus补充说:“使用双点极大地促进了电子自旋状态的读取和量子门的实现。”

较少前卫的量子点

在量子点中使用石墨烯的想法可以追溯到2004年首次有关材料隔离的报道。石墨烯几乎没有自旋轨道相互作用,而且几乎没有超精细耦合,这表明自旋寿命可以非常长。不幸的是,由于较大的石墨烯片物理蚀刻的量子点由于其边缘处的无序性破坏了材料的行为,因此出现了问题。结果,这些量子点的传输行为受边缘处的局部状态支配。班泽鲁斯说:“这导致未知的有效量子点尺寸,并且通常占据许多电子。”

相反,亚琛工业大学(RWTH Aachen)和日本国立材料科学研究所(National Institute of Materials Science)的班瑟鲁鲁斯(Banszerus)及其同事使用双层石墨烯进行工作,该石墨烯可以被调谐为半导体。施加到双层石墨烯薄片特定区域的电压可以将这些区域切换为绝缘体,从而静电定义附近没有边缘态的量子点。

亚琛的研究人员从石墨上剥离了单层的双层石墨烯(机械剥落),并使用取决于范德华相互作用的干式拾取技术对其进行处理。他们将双层石墨烯封装在六方氮化硼(hBN)晶体中。然后,他们将结构放置在用作底部电极的石墨薄片上,并添加铬和金的分离栅以及通过沉积了30 nm厚的原子层Al 2 O 3层与分离栅分离的指状栅。

他们能够通过施加电压来控制量子点上的电子数量,这也影响了点之间的隧穿耦合。结果,一旦两个量子点的总占有超过八个电子,它们就开始表现为一个单一的量子点,而不是双重的量子点。传输测量还表明,可以将负载在量子点上的电子数量控制为零电子。

以这种方式在双层石墨烯中静电定义量子点的想法并不新鲜。但是,尽管自2010年以来,不同的组织都在尝试这种方法,但是该过程需要最近发现的交易技巧,例如更好地将hBN封装以及使用石墨薄片作为栅极来获得干净的带隙。班瑟鲁斯说,这些进展令人惊讶,并且在2018年引起了人们对石墨烯量子点的兴趣。他希望他们现在展示的能力将进一步激发该领域的活动。

联轴器控制

Banszerus说:“尽管能够控制石墨烯双点中的电荷数量是一个巨大的进步,但在石墨烯中基于自旋的量子信息技术的道路上仍有许多问题需要解决。” 接下来,他希望解决控制量子点与储层之间耦合的问题,他希望通过在顶部添加一层叉指式门来实现。

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