La manipulation précise des porteurs de charge individuels est la pierre angulaire des transistors à un électron et des appareils électroniques du futur, y compris les bits quantiques à l'état solide (qubits). Les points quantiques (QD) sont au cœur de ces dispositifs. Dans un récent Lettres nano papier, des chercheurs de l'Université de technologie de Delft (TU Delft) présentent le premier graphène QD monocouche accordable mécaniquement dont les propriétés électroniques peuvent être modifiées par des déplacements nanométriques dans le plan.

Afin d'accéder à la fois aux informations électriques et mécaniques de l'échantillon, les chercheurs ont utilisé une plate-forme appelée jonction de rupture à commande mécanique pour mesurer les propriétés électromécaniques de leur appareil lors de la flexion en trois points. L'échantillon se compose d'une hétérostructure de van der Waals réalisée en empilant plusieurs flocons de matériau 2D sur un substrat flexible :une grille arrière en graphite pour contrôler électrostatiquement le courant à travers le dispositif, une couche diélectrique de nitrure de bore hexagonal et un canal conducteur de graphène monocouche.

Casser un nœud papillon

Les résultats des mesures de température ambiante pendant le pliage démontrent que le graphène, modelé en une forme de nanobowtie avec une largeur de constriction de 160 nm, finit par se rompre (courant nul) mais peut également être refait (courants microampères) en raison du glissement et du chevauchement des bords du graphène. "Nous avons effectué le même type de mesures à des températures cryogéniques (4K), et la cartographie du courant en fonction de la tension de grille et de la tension de polarisation a révélé un motif en losange clair." a déclaré l'auteur principal Sabina Caneva de TU Delft. "Cela signifie qu'un QD est présent dans la jonction."

Étonnamment, utilisant des déplacements mécaniques à l'échelle nanométrique, les chercheurs ont montré que les couplages capacitif et tunnel du QD aux conducteurs de graphène peuvent être réglés de manière totalement réversible. "Nous avons réalisé une modulation de cinq ordres de grandeur du couplage tunnel à l'électrode de drain, ce qui est significativement plus élevé que ce qui a été rapporté pour les QD sous contrôle uniquement électrique, " a déclaré Caneva. La géométrie du dispositif permet la formation d'une région de chevauchement de la bicouche de graphène, où la longueur du chevauchement peut être modifiée avec un contrôle sub-nm par un bouton de réglage mécanique.

Réglage du chevauchement

Surtout, cela a permis aux chercheurs de modifier l'asymétrie dans les couplages tunnel en changeant le chevauchement entre le QD et l'électrode de drain. "Une manipulation si complète et réversible d'un QD de graphène, dans lequel l'électrostatique et les accouplements peuvent être commandés à la fois mécaniquement et électroniquement, est sans précédent, " a déclaré Pascal Gehring, dernier auteur de l'article. "Ces résultats sont pertinents pour les applications où une compréhension détaillée de l'effet de l'asymétrie tunnel est cruciale pour les performances de l'appareil, comme en calorimétrie quantique et dans les récupérateurs d'énergie QD."

La plate-forme MCBJ peut être étendue à d'autres matériaux 2D dans la perspective d'explorer le comportement de transport à basse température sous influence électrique et mécanique. En particulier, il peut se prêter à la formation, rupture et chevauchement contrôlé de la constriction ultra-étroite dans les films minces supraconducteurs, fournissant ainsi une nouvelle approche pour manipuler l'effet Josephson dans un dispositif dans le plan.