Nowe nanostruktury hybrydowe do komputerów kwantowych
W ramach projektu COSPINNANO (Coherent spin manipulation in hybrid nanostructures) badacze wykonali nanostruktury hybrydowe pozwalające testować różne procesy rządzące dynamiką spinów w takich układach. Rozważano zastosowanie dwóch podejść do nanowytwarzania: odgórnego (elektronolitografii) i oddolnego (samoorganizacji atomowej). Pierwsze zadanie polegało na przygotowaniu odpowiednich nanoskalowych połączeń dla innowacyjnych technologii układów (na przykład memrystorów), które pozwoliłyby budować pamięci nieulotne do minimalnych wymiarach. Naukowcom udało się uzyskać kontrolowane przełączanie rezystywne w układach memrystorowych na bazie Ag2S, z wysoką częstotliwością przełączania w temperaturze pokojowej. Stosując spektroskopię kontaktową odbicia Andreeva (PCAR), badano istotę transportu elektronów w aktywnym regionie połączeń memrystorowych. Ustalono, że stany włączenia i wyłączenia odpowiadają prawdziwie nanometrowym, wysoce przezroczystym kanałom metalowym. Inny obszar badań dotyczył metod cięcia nanotaśm grafenowych i osadzania na nich nanoobwodów. Hybrydowe nanoobwody na bazie węgla i półprzewodnika wymagają wysoce przewodzących ścieżek łączących kompatybilnych ze stykami metalowymi, nadprzewodzącymi i ferromagnetycznymi. W wytworzonych nanotaśmach grafenowych zaobserwowano wysokie tempo transportu elektronów. Zaprojektowane w tym celu nanotaśmy grafenowe zostały pomyślnie wytworzone i przetestowane w temperaturach od 1 do 300 kelwinów. Wyniki te wskazują, że takie struktury grafenowe można z powodzeniem wykorzystywać jako elementy budulcowe do wytwarzania wielofunkcyjnych nanourządzeń. Prace eksperymentalne objęły także pomiary spinu kwantowych punktów stycznych wykonanych w niskowymiarowych układach półprzewodnikowych (heterostrukturach arsenku galu lub arsenku galu i glinu). Badania pomogły zrozumieć wpływ potencjału utrzymywania na orientację spinu w przyległych jednowymiarowych subpasmach elektronowych. Ponadto zespół zbadano pochodzenie anomalii przewodności w tych kwantowych punktach stycznych. Nowatorskie nanostruktury hybrydowe umożliwiają badanie dynamiki ładunku i spinu elektronów w układach wielofunkcyjnych. Należą do nich układy szybko przełączające, połączone układy logiczno-pamięciowe i półprzewodnikowe kubity spinowe oparte na kropkach kwantowych. Wyniki projektu pomogą też w określeniu metod manipulowania spinem pojedynczych elektronów. Choć wiąże się to z poważnymi wyzwaniami technicznymi, pozwoliłoby stworzyć nowe paradygmaty kwantowego przetwarzania informacji.
