Суперупорядоченные квантовые точки для квантовых компьютеров

 


Для быстрого получения больших площадей хорошо упорядоченных темплатов Detlev Gruetzmacher с коллегами предлагают использовать интерференционную литографию жестким ультрафиолетом (EUV-IL) на длине волны 13,5 нм. Было показано, что степень упорядочения полученной таким образом структуры и узость разброса размеров квантовых точек превосходит таковые для полученных на сегодняшний день структур.

Квантовые точки (Quantum Dots, QDs), также иногда называемые синтетическими атомами, - это пространственно ограниченный во всех трех направлениях фрагмент проводника или полупроводника, размеры которого настолько малы, что делают существенными проявление квантовых эффектов. Их можно описать, как частицы в трехмерной потенциальной яме. При этом, в отличие от настоящих атомов, частотами люминесцентных переходов квантовых точек можно легко управлять, просто меняя размеры кристаллов. Квантовые точки являются основными кандидатами для представления кубитов в квантовых вычислениях, кроме того, уже существует программа по созданию на их основе дисплеев.
Одним из наиболее популярных способов получения квантовых точек является их формирование в "двумерном электронном газе", где они уже ограничены в одном направлении. Другим возможным методом является метод самоорганизации Странски-Крастанова (SK метод). При этом первый метод позволяет получать только двумерные и небольшие по площади массивы квантовых точек, а второй приводит к очень большому разбросу размеров частиц. Поэтому особое внимание сейчас привлекает метод темплатной самоорганизации как один из способов получения упорядоченных массивов квантовых точек, молекул и кристаллов. Метод соединяет преимущества top-down ("сверху-вниз", "разборки") техники литографии с bottom-up ("снизу-вверх", сборки) возможностями самоорганизации.

С точки зрения спинтроники и даже создания квантовых компьютерных систем особый интерес представляет система Si/Ge. Для быстрого получения больших площадей хорошо упорядоченных темплатов они предлагают использовать интерференционную литографию с применением жесткого ультрафиолета (EUV-IL). На подложки Si(100) наносили двумерные массивы отверстий методом реактивного ионного травления, после чего методом молекулярно-лучевой эпитаксии на эти подложки наносили квантовые точки Ge, которые упорядочивались как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Рентгеновская дифрактометрия и атомно-силовая микроскопия выявила, что степень упорядочения полученной структуры и узость разброса размеров квантовых точек превосходит таковые для полученных на сегодняшний день структур. Была также продемонстрирована низкая плотность дефектов в трехмерной структуре кристаллических квантовых точек SiGe. Для этого был снят спектр межзонной фотолюминесценции вплоть до комнатной температуры, который совпадал с теоретически рассчитанным. При этом теоретическая зонная структура была рассчитана исходя из известных по данным рентгеновской дифрактометрии и атомно-силовой микроскопии концентрации германия и формы квантовых точек. Расчет показал, что зонная структура кристалла сильно модифицирована из-за искусственной периодичности. Расчет вариаций собственной энергии, основанный на статистической вариации размеров квантовых точек, определенной экспериментально (±10% для линейных размеров), показал, что рассчитанное электронное связывание между соседними точками не разрушается при вариации размеров квантовых точек. Таким образом, трехмерно упорядоченные квантовые точки можно рассматривать как новый синтетический материал не только с точки зрения строения, но и в отношении его зонной структуры.

Уточникова Валентина
Источник: Nano Letters