Hacia la dinámica de espín en puntos cuánticos de SiGe

El espín de un solo electrón confinado en un punto cuántico es una de las realizaciones físicas más prometedoras de un bit cuántico (qubit). Aunque los esfuerzos de investigación se han centrado principalmente en los electrones, un grupo de científicos de la Unión Europea propuso estudiar los huecos.

Tecnologías industriales

El proyecto SPIDERMAN (Electronic transport and spin dynamics through SiGe self-assembled quantum dots), financiado por la Unión Europea, estudió las posibilidades de las nanoestructuras de silicio-germanio (SiGe) para realizar qubits de espín. En el silicio y el germanio, los espines de los electrones pueden tener tiempos de relajación y coherencia prolongados debido a una interacción hiperfina reducida. Se ha observado que los tiempos de coherencia de espín en el silicio pueden estar próximos a 1 segundo. No obstante, se sabe mucho menos sobre los huecos confinados, que tienen una interacción hiperfina aún menor. El equipo de SPIDERMAN pretendía realizar dispositivos de puntos cuánticos de SiGe a partir de nanoestructuras. Las nanoestructuras de SiGe se autoensamblaron mediante crecimiento heteroepitaxial con redes cristalinas distintas. En el transcurso del proyecto, los científicos modularon con éxito el factor g de los huecos en nanoestructuras de SiGe, es decir, la respuesta del espín de los huecos confinados en SiGe a un campo magnético externo. Aplicando un campo eléctrico a lo largo de la dirección de crecimiento, se obtuvieron modulaciones gigantes. Este factor g ajustable eléctricamente en los puntos cuánticos es muy deseable para aplicaciones en computación cuántica, así como en espintrónica. Además, los investigadores utilizaron el hamiltoniano de Luttinger que describe la estructura de bandas de valencia para hallar una explicación para este comportamiento inusual. La fuerte modulación del factor g de los huecos se atribuyó a un desplazamiento relativo de las funciones de onda de los huecos pesados y ligeros al aplicar un campo eléctrico. Los resultados de SPIDERMAN sugieren que el espín de los huecos en nanoestructuras autoorganizadas de SiGe se puede manipular eléctricamente con frecuencias del orden de 100 MHz. El trabajo experimental realizado hace hincapié en el potencial, generalmente subestimado, de los huecos como qubits de espín, y fue el primer paso importante hacia la realización de un qubit de espín de huecos en nanoestructuras autoensambladas de SiGe.