Fjernelse af tilfældig doping giver mulighed for reproducerbar fremstilling af kvanteudstyr

Et UNSW-ledet samarbejde har fundet ud af, at fjernelse af tilfældig doping i kvanteelektroniske enheder dramatisk forbedrer deres reproducerbarhed - et nøglekrav for fremtidige applikationer såsom kvanteinformationsbehandling og spintronik.

Kvantereproducerbarhedsudfordringen

Udfordringen med at lave kvanteenheder er, at indtil nu, det har ikke været muligt at lave to kvantetransistorer, der viser identiske ydelseskarakteristika.

Selvom enhederne ser identiske fysisk ud, deres elektriske ydeevne kan variere dramatisk fra den ene enhed til den næste. Dette gør det udfordrende at integrere flere kvantekomponenter i et komplet kvantekredsløb.

I det nye, UNSW-ledet undersøgelse, forskere viser, at problemet kommer fra den tilfældige rumlige placering af dopingmidler i kvanteanordninger.

Den konventionelle tilgang til at få halvledere til at lede elektricitet er at dope den kemisk med et andet grundstof. For eksempel producerer en meget lille mængde fosforatomer tilsat silicium et overskud af frie elektroner, tillader en elektrisk strøm at flyde

Men i kvanteenheder på nanoskala betyder den tilfældige placering af disse dopanter, at ikke to enheder viser identiske egenskaber.

Det UNSW-ledede team arbejdede sammen med samarbejdspartnere i Cambridge for at vise, at fjernelse af dopingstofferne helt gør kvanteenheder dramatisk mere reproducerbare.

Hovedforfatter Ashwin Srinivasan kommenterede:"Den elektriske forstærkning af de udopede kvantepunktkontakttransistorer er op til tre gange mere ensartet for den nye tilgang, sammenlignet med konventionelle dopede enheder."

Professor Hamilton, leder af Quantum Devices-laboratoriet ved UNSW, Sydney, sagde:"Vi havde mistanke om, at fjernelse af den tilfældige doping ville forbedre enhedens reproducerbarhed, men resultaterne var langt bedre, end vi havde forventet. Ashwin lavede ni enheder, og alle viste identiske kvanteegenskaber og elektrisk ydeevne. Jeg havde aldrig set noget lignende før. Dette arbejde viser, at det er muligt reproducerbart at fremstille kvanteudstyr."

Forbedring af reproducerbarhed af kvanteenheder med fuldstændig udopede arkitekturer blev offentliggjort i Anvendt fysik bogstaver .