Micrographie électronique à balayage d'un transistor à points quantiques auto-assemblé InAs. Crédit :Université d'Osaka
Les points quantiques sont des boîtes de la taille du nanomètre qui ont suscité un grand intérêt scientifique pour une utilisation en nanotechnologie, car leurs propriétés obéissent à la mécanique quantique et sont indispensables au développement de dispositifs électroniques et photoniques avancés. Les points quantiques qui s'auto-assemblent au cours de leur formation sont particulièrement intéressants en tant qu'émetteurs de lumière accordables dans les dispositifs nanoélectroniques et pour l'étude de la physique quantique en raison de leur comportement de transport quantifié. Il est important de développer un moyen de mesurer la charge dans une seule boîte quantique auto-assemblée pour réaliser le traitement de l'information quantique; cependant, c'est difficile car les électrodes métalliques nécessaires à la mesure peuvent filtrer la très petite charge de la boîte quantique. Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont récemment développé le premier appareil basé sur deux points quantiques auto-assemblés qui peuvent mesurer la charge d'un seul électron d'un point quantique en utilisant un second comme capteur.
Le dispositif a été fabriqué à l'aide de deux points quantiques d'arséniure d'indium (InAs) connectés à des électrodes délibérément rétrécies pour minimiser l'effet de filtrage indésirable.
"Les deux points quantiques de l'appareil ont montré un couplage capacitif important, " dit Haruki Kiyama. " En conséquence, la charge d'un seul électron d'un point a été détectée comme un changement dans le courant de l'autre point."
La réponse actuelle du point quantique du capteur dépend du nombre d'électrons dans le point cible. Par conséquent, le dispositif peut être utilisé pour la détection en temps réel de l'effet tunnel d'un seul électron dans une boîte quantique. Les événements tunnel d'électrons uniques entrant et sortant de la boîte quantique cible ont été détectés comme une commutation entre les états de courant élevé et faible dans la boîte quantique du capteur. La détection de tels événements tunnel est importante pour la mesure de spins simples vers des qubits de spin électronique.
"Détecter des charges uniques dans des points quantiques auto-assemblés est passionnant pour un certain nombre de raisons, " explique Akira Oiwa. " La capacité d'obtenir une lecture électrique des états d'un seul électron peut être combinée avec la photonique et utilisée dans les communications quantiques. En outre, notre concept de dispositif peut être étendu à différents matériaux et systèmes pour étudier la physique des points quantiques auto-assemblés."
Traces en temps réel du courant du point quantique du capteur de charge (QD1). Les changements dans le courant du capteur de charge indiquent l'augmentation et la diminution du nombre d'électrons dans la boîte quantique adjacente (QD2). Crédit :Université d'Osaka
Un dispositif électronique utilisant des points quantiques auto-assemblés pour détecter des événements à électron unique est une nouvelle stratégie pour accroître notre compréhension de la physique des points quantiques et pour aider au développement de la nanoélectronique avancée et de l'informatique quantique.
