Forskere kan nu placere enkelte ioner i faste stoffer

Moderne elektronik er baseret på dopede halvledere. For at syntetisere elektroniske komponenter, dopingatomer såsom aluminium eller fosfor er indlejret i krystaller af ultrarent silicium. Dette giver mulighed for at skræddersy halvlederens ledningsevne i overensstemmelse med den ønskede anvendelse. I moderne elektroniske computerprocessorer, miniaturiseret til blot nogle få nanometer, kun mindre end ti dopingatomer er relevante for funktionaliteten. Kvante komponenter, som bruges til nye kvantecomputere eller kvantesimulatorer, vil gå endnu et skridt videre, idet de kræver et array med kun enkelte dopantatomer i en krystal med høj renhed.

Fysikere ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) ledet af professor Ferdinand Schmidt-Kaler har nu udviklet en metode til at implantere præcise antal individuelle dopantioner i en fast krystal. Deres teknik implanterer det sjældne jordarters grundstof praseodymium i en granatkrystal af yttrium-aluminium. Disse krystaller blev efterfølgende undersøgt under et højopløseligt konfokalt mikroskop i samarbejde med et team af forskere ledet af professor Jörg Wrachtrup ved universitetet i Stuttgart. De bestemte en positioneringsnøjagtighed på 35 nanometer. I princippet, denne nøjagtighed er allerede tilstrækkelig til at implantere arrays af dopantioner i komponenter til fremtidige kvanteprocessorer.

Forskningsresultaterne blev offentliggjort som et højdepunkt i det aktuelle bind af det internationale tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve og repræsenterer en vigtig innovation med et bredt potentiale for applikationer, da metoden kan udvides til andre krystaller og dopingatomer.