Ambipolare Quantenpunkte
Die Verwendung von Spinzuständen einzelner Elektronen in gekoppelten Quantenpunkten wurde in den 1990er Jahren für die Umsetzung von Ein- und Zwei-Qubit-Gattern vorgeschlagen. Insbesondere könnten der Spin-up- und der Spin-Down-Zustand der Elektronen ein Quanten-Bit (Qubit) repräsentieren. Seitdem wurden mehrere Halbleiterplattformen für das Isolieren einzelner Elektronen untersucht. Quanteninformationsverarbeitung auf der Grundlage des Spins von Einzelladungsträgern erfordert lange Spinkohärenzzeiten, und Si bietet eine solche Umgebung, in der Spins mit minimaler Dekohärenz gesteuert werden können. Im Rahmen des Projekts SISQ (Silicon spin quantum bits) schlugen die Forscher ambipolare Quantenpunkte in Si vor. Man wollte die Ambipolarität ausbeuten, um Quantenpunkte entweder im Elektron oder im Lochsystem zu steuern und auf diese Weise die Fähigkeit zu besitzen, die beiden Ladungsträger in der gleichen kristallinen Umgebung zu vergleichen. Ausgangspunkt war ein Fertigungsschema auf der Basis eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors, das Metall-Gatter auf einer dünnen Schicht von Siliziumdioxid (SiO2) verwendet, um Quantenpunkte elektrostatisch zu definieren. Die Forscher gingen mit diesem Schema, das Mikro- und Nanofabrikation vereint, einen Schritt weiter. Stark mit Elektronen und Löchern dotierte Regionen wurden in die ambipolare Quantenpunktvorrichtung, bestehend aus zwei Gatterschichten, eingearbeitet. Ein Elektronen- oder ein Lochgas wird an der Si/SiO2-Schnittstelle durch ein Lead-Gate gebildet. Nanoskalige "Barriere"-Gates steuern lokal die Ladungsträgerdichte. Der ambipolare Aufbau unterstützt den Betrieb der SISQ-Vorrichtung als ein Elektronen- sowie als ein Loch-Quantenpunkt. Darüber hinaus kann die Eignung von Elektronen- und Loch-Spin-Qubits ausgewertet und die Vorteile dieser beiden Qubits verstärkt werden, um zukünftige Quanten-komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Technologie zu verbessern.
Schlüsselbegriffe
Ambipolar, Quantenpunkte, Quanteninformationsverarbeitung, Silizium, Qubit, SISQ
