Grafeen staat bekend om zijn hoge elektrische geleidbaarheid, mechanische sterkte en flexibiliteit. Het stapelen van twee lagen grafeen met atomaire laagdikte levert dubbellaags grafeen op, dat uitstekende elektrische, mechanische en optische eigenschappen bezit. Als zodanig heeft dubbellaags grafeen veel aandacht getrokken en wordt het gebruikt in een groot aantal apparaten van de volgende generatie, waaronder kwantumcomputers.

Maar een complicatie bij de toepassing ervan in kwantumcomputers komt in de vorm van het verkrijgen van nauwkeurige metingen van de kwantumbittoestanden. Bij het meeste onderzoek is voornamelijk gebruik gemaakt van laagfrequente elektronica om dit te ondervangen. Voor toepassingen die snellere elektronische metingen en inzichten in de snelle dynamiek van elektronische toestanden vereisen, is de behoefte aan snellere en gevoeligere meetinstrumenten echter duidelijk geworden.

Nu heeft een groep onderzoekers van de Tohoku Universiteit verbeteringen in de radiofrequentie (rf) reflectometrie geschetst om een ​​snelle uitleestechniek te bereiken. Opmerkelijk genoeg betreft de doorbraak het gebruik van grafeen zelf. De details van hun onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Applied .

Rf-reflectometrie werkt door radiofrequentiesignalen naar een transmissielijn te sturen en vervolgens de gereflecteerde signalen te meten om informatie over monsters te verkrijgen. Maar in apparaten die dubbellaags grafeen gebruiken, leidt de aanwezigheid van een aanzienlijke parasitaire capaciteit in het meetcircuit tot RF-lekkage en minder dan optimale resonatoreigenschappen. Hoewel er verschillende technieken zijn onderzocht om dit te verzachten, wachten er nog steeds duidelijke richtlijnen voor het ontwerpen van apparaten.

"Om dit veel voorkomende tekort aan RF-reflectometrie in dubbellaags grafeen te omzeilen, hebben we een grafiet-back-gate op microschaal en een ongedoteerd siliciumsubstraat gebruikt", zegt Tomohiro Otsuka, corresponderend auteur van het artikel en universitair hoofddocent aan het Advanced Institute for Materials Research (WPI) van Tohoku University. -AIMR).

"We hebben met succes goede rf-matchingomstandigheden gerealiseerd, de uitleesnauwkeurigheid numeriek berekend en deze metingen vergeleken met gelijkstroommetingen om de consistentie ervan te bevestigen. Hierdoor konden we Coulomb-diamanten observeren via rf-reflectometrie, een fenomeen dat de vorming van kwantumstippen in de geleiding aangeeft kanaal, aangedreven door potentiële fluctuaties veroorzaakt door bubbels."

De door Otsuka en zijn team voorgestelde verbeteringen aan de RF-reflectometrie leveren een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van apparaten van de volgende generatie, zoals kwantumcomputers, en aan de verkenning van fysieke eigenschappen met behulp van tweedimensionale materialen, zoals grafeen.

Meer informatie: Tomoya Johmen et al., Radiofrequentiereflectometrie in dubbellaagse grafeenapparaten met behulp van microschaal grafiet-back-gates, Fysieke beoordeling toegepast (2023). DOI:10.1103/PhysRevApplied.20.014035

Journaalinformatie: Fysieke beoordeling toegepast

Aangeboden door Tohoku Universiteit