Een door de UNSW geleide samenwerking heeft aangetoond dat het verwijderen van willekeurige doping in kwantumelektronische apparaten hun reproduceerbaarheid drastisch verbetert - een belangrijke vereiste voor toekomstige toepassingen zoals kwantuminformatieverwerking en spintronica.

De uitdaging van kwantumreproduceerbaarheid

De uitdaging bij het maken van kwantumapparaten is dat, tot nu, het is niet gelukt om twee kwantumtransistors te maken die identieke prestatiekenmerken vertonen.

Hoewel de apparaten er fysiek identiek uitzien, hun elektrische prestaties kunnen sterk variëren van apparaat tot apparaat. Dit maakt het integreren van meerdere kwantumcomponenten in een compleet kwantumcircuit een uitdaging.

In de nieuwe, UNSW-geleide studie, onderzoekers laten zien dat het probleem voortkomt uit de willekeurige ruimtelijke positie van doteerstoffen in kwantumapparaten.

De conventionele benadering om halfgeleiders elektriciteit te laten geleiden, is om het chemisch te dopen met een ander element. Een zeer kleine hoeveelheid fosforatomen die aan silicium wordt toegevoegd, produceert bijvoorbeeld een overmaat aan vrije elektronen, een elektrische stroom laten vloeien

Maar in kwantumapparaten op nanoschaal betekent de willekeurige positionering van deze doteermiddelen dat geen twee apparaten identieke kenmerken vertonen.

Het door de UNSW geleide team werkte samen met medewerkers in Cambridge om aan te tonen dat het verwijderen van de doteermiddelen de kwantumapparaten dramatisch beter reproduceerbaar maakt.

Hoofdauteur Ashwin Srinivasan merkte op:"De elektrische versterking van de ongedoteerde kwantumpuntcontacttransistoren is tot drie keer uniformer voor de nieuwe benadering, in vergelijking met conventionele gedopeerde apparaten."

Professor Hamilton, hoofd van het Quantum Devices-laboratorium bij UNSW, Sydney, zei:"We hadden vermoed dat het verwijderen van de willekeurige doping de reproduceerbaarheid van het apparaat zou verbeteren, maar de resultaten waren veel beter dan we hadden verwacht. Ashwin maakte negen apparaten, en ze vertoonden allemaal identieke kwantumeigenschappen en elektrische prestaties. Zoiets had ik nog nooit gezien. Dit werk laat zien dat het mogelijk is om op reproduceerbare wijze kwantumapparaten te maken."

Verbetering van de reproduceerbaarheid van kwantumapparaten met volledig ongedoteerde architecturen werd gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven .