Forskere demonstrerer en højhastigheds elektrisk udlæsningsmetode til grafen nanoenheder

Grafen er kendt for sin høje elektriske ledningsevne, mekaniske styrke og fleksibilitet. Stabling af to lag grafen med atomlagtykkelse producerer tolagsgrafen, som besidder fremragende elektriske, mekaniske og optiske egenskaber. Som sådan har tolagsgrafen tiltrukket sig betydelig opmærksomhed og bliver brugt i et væld af næste generations enheder, herunder kvantecomputere.

Men en komplikation til deres anvendelse i kvanteberegning kommer i form af at opnå nøjagtige målinger af kvantebittilstandene. Det meste forskning har primært brugt lavfrekvent elektronik til at overvinde dette. Men for applikationer, der kræver hurtigere elektroniske målinger og indsigt i den hurtige dynamik af elektroniske tilstande, er behovet for hurtigere og mere følsomme måleværktøjer blevet tydeligt.

Nu har en gruppe forskere fra Tohoku University skitseret forbedringer af radiofrekvens (rf) reflektometri for at opnå en højhastighedsudlæsningsteknik. Bemærkelsesværdigt involverer gennembruddet selve brugen af ​​grafen. Detaljerne i deres undersøgelse blev rapporteret i tidsskriftet Physical Review Applied .

Rf-reflektometri fungerer ved at sende radiofrekvenssignaler ind i en transmissionslinje og derefter måle de reflekterede signaler for at få information om prøver. Men i enheder, der anvender tolagsgrafen, fører tilstedeværelsen af ​​betydelig omstrejfende kapacitans i målekredsløbet til rf-lækage og mindre end optimale resonatoregenskaber. Selvom forskellige teknikker er blevet undersøgt for at afbøde dette, afventes der stadig klare retningslinjer for enhedsdesign.

"For at omgå denne almindelige mangel på rf-reflektometri i tolagsgrafen brugte vi en mikroskala grafit-bagport og et udopet siliciumsubstrat," siger Tomohiro Otsuka, tilsvarende forfatter af papiret og lektor ved Tohoku University's Advanced Institute for Materials Research (WPI) -AIMR).

"Vi realiserede med succes gode rf-tilpasningsforhold, beregnede udlæsningsnøjagtigheden numerisk og sammenlignede disse målinger med jævnstrømsmålinger for at bekræfte dens konsistens. Dette gjorde det muligt for os at observere Coulomb-diamanter gennem rf-reflektometri, et fænomen, der indikerer dannelsen af ​​kvanteprikker i ledningen kanal, drevet af potentielle udsving forårsaget af bobler."

Otsuka og hans teams foreslåede forbedringer af rf-reflektometri giver vigtige bidrag til udviklingen af ​​næste generations enheder såsom kvantecomputere og udforskningen af ​​fysiske egenskaber ved hjælp af todimensionelle materialer, såsom grafen.

Flere oplysninger: Tomoya Johmen et al., Radio-Frequency Reflectometry in Tolayer Graphene Devices Using Microscale Graphite Back-Gates, Physical Review Applied (2023). DOI:10.1103/PhysRevApplied.20.014035

Journaloplysninger: Fysisk gennemgang anvendt

Leveret af Tohoku University