Moderne elektronica is gebaseerd op gedoteerde halfgeleiders. Om elektronische componenten te synthetiseren, doteringsatomen zoals aluminium of fosfor zijn ingebed in kristallen van ultrazuiver silicium. Dit maakt het mogelijk om de geleidbaarheid van halfgeleiders af te stemmen op de gewenste toepassing. In moderne elektronische computerprocessors, verkleind tot slechts enkele nanometers, slechts minder dan tien doteringsatomen zijn relevant voor de functionaliteit. Quantum componenten, die worden gebruikt voor nieuwe kwantumcomputers of kwantumsimulators, gaan zelfs nog een stap verder omdat ze een array nodig hebben met slechts enkele doteringsatomen in een kristal van hoge zuiverheid.

Natuurkundigen van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) onder leiding van professor Ferdinand Schmidt-Kaler hebben nu een methode ontwikkeld om precieze aantallen individuele doteringsionen in een vast kristal te implanteren. Hun techniek implanteert het zeldzame aarde-element praseodymium in een yttrium-aluminium granaatkristal. Deze kristallen werden vervolgens onderzocht onder een confocale microscoop met hoge resolutie in samenwerking met een team van onderzoekers onder leiding van professor Jörg Wrachtrup van de Universiteit van Stuttgart. Ze bepaalden een positioneringsnauwkeurigheid van 35 nanometer. In principe, deze nauwkeurigheid is al voldoende om arrays van doteringsionen te implanteren in componenten voor toekomstige kwantumprocessors.

De onderzoeksresultaten zijn als hoogtepunt gepubliceerd in de huidige jaargang van het internationale tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven en vertegenwoordigen een belangrijke innovatie met een breed toepassingspotentieel, omdat de methode kan worden uitgebreid tot andere kristallen en doteringsatomen.