Forskere opretter en mekanisk afstembar grafenkvantepunkt

Præcis manipulation af individuelle ladningsbærere er en hjørnesten for enkelt-elektron-transistorer og for fremtidens elektroniske enheder, herunder solid-state kvantebits (qubits). Quantum dots (QDs) er kernen i disse enheder. I en nylig Nano bogstaver papir, forskere ved Delft University of Technology (TU Delft) præsenterer det første mekanisk afstembare monolag grafen QD, hvis elektroniske egenskaber kan ændres ved in-plane nanometerforskydninger.

For at få adgang til både den elektriske og mekaniske information fra prøven, forskerne brugte en platform kaldet det mekanisk kontrollerede break junction til at måle de elektromekaniske egenskaber af deres enhed under trepunktsbøjning. Prøven består af en van der Waals heterostruktur fremstillet ved at stable flere 2-D materialeflager oven på et fleksibelt substrat:en grafit baglåge til elektrostatisk styring af strømmen gennem enheden, et sekskantet dielektrisk bornitridlag og en monolag grafenledende kanal.

Knækker en sløjfe

Resultaterne af rumtemperaturmålingerne under bøjning viser, at grafen, mønstret i en nanobowtie -form med en indsnævringsbredde på 160 nm, bryder til sidst (nulstrøm), men kan også laves om (mikroampere) på grund af glidning og overlapning af grafenkanterne. "Vi udførte den samme type målinger ved kryogene temperaturer (4K), og kortlægning af strømmen som en funktion af portspændingen og forspændingen afslørede et klart diamantmønster. "sagde hovedforfatter Sabina Caneva fra TU Delft." Det betyder, at der er en QD i krydset. "

Påfaldende, ved hjælp af nanoskala mekaniske forskydninger, forskerne viste, at både de kapacitive og tunnelkoblinger af QD til grafenledningerne kan indstilles på en fuldstændig reversibel måde. "Vi opnåede en modulering på fem størrelsesordener af tunnelkoblingen til afløbselektroden, hvilket er betydeligt højere end det er blevet rapporteret for QD'er under udelukkende elektrisk kontrol, "sagde Caneva. Enhedens geometri tillader dannelse af et grafen -dobbeltlags overlapningsområde, hvor overlapningens længde kan varieres med sub-nm styring med en mekanisk tuningsknap.

Tuning af overlapningen

Vigtigere, dette tillod forskerne at ændre asymmetrien i tunnelkoblinger ved at ændre overlapningen mellem QD og afløbselektroden. "Sådan en fuld og reversibel manipulation af en grafen -QD, hvor elektrostatikken og koblingerne kan styres både mekanisk og elektronisk, er uden fortilfælde, "sagde Pascal Gehring, sidste forfatter af papiret. "Disse resultater er relevante for applikationer, hvor en detaljeret forståelse af effekten af ​​tunneling asymmetri er afgørende for enhedens ydeevne, såsom i kvantekalorimetri og i QD -energioptagere. "

MCBJ-platformen kan udvides til andre 2-D-materialer med udsigt til at undersøge transporttemperaturen ved lav temperatur under elektrisk og mekanisk påvirkning. I særdeleshed, det kan låne sig til dannelsen, brud og kontrolleret overlapning af ultratynd indsnævring i superledende tynde film, og derved tilvejebringe en ny tilgang til manipulation af Josephson-effekten i en in-plane enhed.