Quantum dots zijn dozen ter grootte van een nanometer die veel wetenschappelijke belangstelling hebben gewekt voor gebruik in nanotechnologie, omdat hun eigenschappen gehoorzamen aan de kwantummechanica en een vereiste zijn voor de ontwikkeling van geavanceerde elektronische en fotonische apparaten. Quantum dots die zichzelf assembleren tijdens hun vorming zijn bijzonder aantrekkelijk als afstembare lichtzenders in nano-elektronische apparaten en voor het bestuderen van kwantumfysica vanwege hun gekwantiseerde transportgedrag. Het is belangrijk om een ​​manier te ontwikkelen om de lading in een enkele zelf-geassembleerde kwantumpunt te meten om kwantuminformatieverwerking te bereiken; echter, dit is moeilijk omdat de metalen elektroden die nodig zijn voor de meting de zeer kleine lading van de kwantumdot kunnen afschermen. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben onlangs het eerste apparaat ontwikkeld op basis van twee zelf-geassembleerde kwantumdots die de enkelvoudige elektronenlading van één kwantumdot kunnen meten met een tweede als sensor.

Het apparaat is vervaardigd met behulp van twee indiumarsenide (InAs) kwantumdots die zijn verbonden met elektroden die opzettelijk zijn versmald om het ongewenste afschermingseffect te minimaliseren.

"De twee kwantumdots in het apparaat vertoonden een significante capacitieve koppeling, ", zegt Haruki Kiyama. "Als gevolg hiervan, het één-elektron opladen van een stip werd gedetecteerd als een verandering in de stroom van de andere stip."

De huidige respons van de sensorkwantumstip was afhankelijk van het aantal elektronen in de doelstip. Daarom kan het apparaat worden gebruikt voor realtime detectie van tunneling met één elektron in een kwantumdot. De tunneling-gebeurtenissen van enkele elektronen in en uit de doelkwantumdot werden gedetecteerd als schakelen tussen hoge en lage stroomtoestanden in de sensorkwantumstip. Detectie van dergelijke tunneling-gebeurtenissen is belangrijk voor het meten van enkele spins naar elektronenspinqubits.

"Het waarnemen van enkele ladingen in zelf-geassembleerde kwantumdots is om een ​​aantal redenen opwindend, " legt Akira Oiwa uit. "Het vermogen om elektrische uitlezing van toestanden van een enkel elektron te bereiken, kan worden gecombineerd met fotonica en worden gebruikt in kwantumcommunicatie. In aanvulling, ons apparaatconcept kan worden uitgebreid naar verschillende materialen en systemen om de fysica van zelf-geassembleerde kwantumstippen te bestuderen."

Een elektronisch apparaat dat zelf-geassembleerde kwantumstippen gebruikt om gebeurtenissen met één elektron te detecteren, is een nieuwe strategie om ons begrip van de fysica van kwantumdots te vergroten en om de ontwikkeling van geavanceerde nano-elektronica en kwantumcomputers te ondersteunen.