Uydurma

Cihaz, maksimum 16 x 2.5 delik hareketliliğine sahip 10 nm kalınlığında germanyum kuantum kuyusunun bulunduğu Ge/SiGe heteroyapısı üzerinde üretilmiştir.⁵ cm² V^-1 s^-1 yarı iletken/oksit arayüzünün 55 nm altına gömülüdür^25,40. 100 nm çapında kuantum nokta piston geçitlerini ve 30 nm genişliğinde kuantum noktalarını ayıran bariyer geçitlerini tasarlıyoruz. Cihazın imalatı bu ana adımları takip eder. İlk olarak, 30 nm kalınlığındaki Pt ohmik kontaklar, elektron ışını litografisi yoluyla şekillendirilir, buharlaştırılır ve oksitlenmiş Si kapak katmanını çıkarmak için bir aşındırma adımını takiben heteroyapıya yayılır.^41,42. Daha sonra bir Al'in atomik katman birikimini değiştirerek üç katmanlı bir kapı yığını üretilir.₂O₃ dielektrik film (7, 5 ve 5 nm kalınlıkta) ve Ti/Pd metalik kapıların buharlaşması (her biriktirme için sırasıyla 3/17, 3/27 ve 3/27 kalınlıkta). Kesildikten sonra, tek bir çapraz çubuk dizisini barındıran bir çip monte edilir ve baskılı devre kartı üzerine kabloyla bağlanır. Seyreltme buzdolabında soğutmadan önce, nominal olarak aynı iki çapraz çubuk cihazını tarama prosedürüne göre 4 K helyum banyosunda test ettik.³⁸. Her iki cihaz da tam geçitlerin ve ohmik kontakların işlevselliğini sergiledi ve bunlardan biri seyreltme buzdolabına monte edildi.

Deneysel kurulum

Deney, taban sıcaklığı 10 mK olan bir Bluefors seyreltme buzdolabında gerçekleştirilir. Bir Coulomb tepe analizinden, ayarlayıcı kol kolunu tahmin etmek için kullandığımız 138 ± 9 mK'lik bir elektron sıcaklığını çıkarıyoruz (Ek Şekil XNUMX). 12 ve 13). Şirket içi yerleşik, pille çalışan bir SPI rafı kullanıyoruz (https://qtwork.tudelft.nl/~mtiggelman/spi-rack/chassis.html) DC voltajlarını ayarlamak için kullanılırken, koaksiyel hatlar aracılığıyla alternatif akım rasterleme darbelerini uygulamak için Keysight M3202A isteğe bağlı dalga biçimi üretecini (AWG) kullanıyoruz. DC ve alternatif akım voltaj sinyalleri, baskılı devre kartı üzerinde öngerilimli T bağlantıları ile birleştirilir ve kapılara uygulanır. Her şarj sensörü, birkaç mikrohenrilik endüktansa sahip bir NbTiN indüktörüne galvanik olarak bağlanır ve ~100 MHz rezonans frekansına sahip bir rezonans tankı devresi oluşturur. Deneyimizde, muhtemelen kusurlu bir indüktörden kaynaklanan dört rezonanstan yalnızca üçünü gözlemledik. Ayrıca, iki rezonans önemli ölçüde örtüştüğü için, çoğunlukla reflektometri kullanmaktan kaçınırız (metinde açıkça belirtilmediği sürece) ve 50 kHz'e kadar bant genişliğine sahip hızlı DC ölçümleri kullanırız. Dört DC sensör akımı, 3102 megaörneklemli dört kanallı Keysight M500A sayısallaştırıcı modülü tarafından voltajlara dönüştürülür, güçlendirilir ve aynı anda okunur.^-1. Sayısallaştırıcı modül ve çeşitli AWG modülleri, enstrümantasyon şasisi için Keysight M9019A çevresel bileşen ara bağlantı ekspres uzantılarına entegre edilmiştir. Buradaki yük stabilite diyagramları tipik olarak piksel başına 150 μs ölçüm süresine sahip 150 × 50 piksel taramadan oluşur. Bu Makale boyunca Δg'den bahsediyoruz.i AWG tarafından g kapısına sağlanan rampayı tanımlamak içini sabit bir DC referans voltajına göre. Sinyal-gürültü oranını arttırmak için aynı haritanın ortalamasını 5-50 kez alıyoruz ve bir dakika içinde yüksek kaliteli bir harita elde ediyoruz.

Ayarlama ayrıntıları

Deney boyunca cihazın 16 kuantum noktasının tamamını iki kez ayarladık. İlk çalışmada, çapraz çubuk kuantum noktalarını daha iyi görselleştirmek ve karakterize etmek için, kasıtsız kuantum noktalarının sayısını en aza indirmek için geçit voltajları optimize edildi (Şekil XNUMX). 2 ve Ek Şekil. 14). İkinci çalışmada, kuantum nokta dizisini küresel bir tek işgal rejimine ayarlamak için başıboş noktalar ihmal edildi (Şekil XNUMX). 3). İki ayarlama döngüsü arasında, geçit voltajları, cihazın termal çevrimi yapılmadan sıfıra sıfırlandı. İki ayarlama prosedüründe izlenen protokol aynıydı ancak ilk oturumda tesadüfi kuantum noktalarının boşaltılması ihtiyacı, belirli kapıların voltaj penceresinde bazı kısıtlamalara yol açtı. Ayarlama için başlangıç ​​kapısı voltajı değerleri bariyerler için –300 mV ve pistonlar için –600 mV'dir. Ek Şekil XNUMX'de. 15Şekil XNUMX'de gösterilen ölçümlere göre DC geçit voltajlarını gösteriyoruz. 3, çapraz çubuk dizisi tek şarjlı işgale ayarlı. Bu rejimde, her noktada başlayan ilk delik voltajındaki değişkenliği de inceleyerek −1,660 ± 290 mV elde ediyoruz (Ek Şekil XNUMX). 16). Ayrıca, geçiş hattı aralığındaki değişkenliği, dizinin homojenlik seviyesi için bir metrik olarak ~% 10-20 olacak şekilde karakterize ediyoruz (Ek Şekil XNUMX). 17)⁴³. Ek Not 4 bu farklılıkları daha da azaltmaya yönelik stratejileri tartışıyor.

Tek şarj doluluğu, her kuantum noktasının boşaltılmasıyla gösterilir (Ek Videolar 1-12). Şekil XNUMX'in temelini oluşturan tüm veri kümeleri. 3 ve Ek Videolar 1-12 aynı gün aynı kapı voltajı konfigürasyonunda alınır. Yine de, tüm haritalarda minimum voltaj farklılıkları vardır; en büyüğü vP6'de 1 mV'lik bir varyasyondur, ancak Q1, Q2b ve Q2t doluluklarını etkilemez (Ek Tablo) 1). Deney sırasında, UB8 kapısı muhtemelen kırık bir kablo nedeniyle düzgün çalışmadı. Bu etkiyi telafi etmek ve P3t ve P5t noktalarında yük yüklemeyi mümkün kılmak için UB7'yi diğer UB geçitlerine kıyasla daha düşük bir voltaja ayarladık. Ek olarak LB1, daha düşük voltajlarda LB1 ve P1'in yayılımı altında kazara kuantum noktalarının oluşumunu azaltmak için nispeten daha yüksek bir voltaja ayarlanmıştır. Böyle tesadüfi bir kuantum noktasının ilk ekleme çizgisi, zayıf etkileşimli bir yatay çizgi olarak görülebilir (Şekil XNUMX). 3a).

Sanal matris

Matris M tarafından tanımlanan (bf{overrightarrow{G}}=M çarpı bf{overrightarrow{{{{rm{v}}}}G}}), sanal kapılarla (overrightarrow{{rm{v}}bf{G}}) ve gerçek kapılar (overrightarrow{bf{G}}) Ek Şekil XNUMX'de renkli bir harita olarak gösterilmiştir. 3. Şekil XNUMX'de sunulan tünel birleştirme deneyleri için. 4, e67 ve U67 ayar gerilimlerinin bağımsız kontrolünün yanı sıra sanal bariyerler aracılığıyla noktalar arası etkileşimlerin bağımsız kontrolünü sağlamak için ek sanal geçit sistemleri kullanıyoruz_6b7j_6b7T,_6t7 ve j_6t7. SE piston kapısı olarak tanımlanan SE_P ile şunu yazıyoruz:

Kuantum nokta tanımlama

Tüm bariyer kapılarının bir dizi geçiş hattına kapasitif bağlantısını elde etmek için (Şekil XNUMX). 2b), 112 yük stabilite diyagramı setini elde edip analiz ediyoruz. Aynı yük stabilite diyagramı, her bariyer kapısının kendi akım voltajı etrafında –1 ila 3 mV aralığında 3 mV'lik adımlarla (yani 7 tarama × 16 bariyer) adım atılmasından sonra alınır. Tüm kuantum noktalarının toplam sayılarıyla doğrusal olarak ölçeklendirilmesi için gereken yük kararlılığı diyagramlarının sayısı. Haritaların sayısı, her ikisi de karekök olarak ölçeklenen pistonların ve bariyer kapılarının sayısının çarpımından elde edilir. Bireysel kontrole sahip bir dizinin, her noktayı çıkarmak için doğrusal sayıda yük kararlılığı diyagramına da ihtiyaç duyacağını vurguluyoruz. Analizde, önce yavaş yavaş değişen bir arka planı verilere çıkarıyoruz (açık kaynaklı SciPy paketi sürüm 1.7.1'in ndimage.gaussian.filter işleviyle) ve ardından haritanın gradyanını hesaplıyoruz (ndimage.gaussian_gradient_magnitude işleviyle) ). Bu tür iki boyutlu haritaların belirli bir çizgi kesimi için, Gauss uyum fonksiyonunu kullanarak tepe konumunu çıkarıyoruz. Çapraz kapasitans nedeniyle, geçiş hattı konumları, doğrusal eğimi çıkararak ölçtüğümüz 16 bariyerin her birine doğrusal bir bağımlılık gösterir (Ek Şekil XNUMX). 4). Maksimum değere normalizasyondan sonra bu parametrelere kapasitif kuplajlar (λ) ve iki bariyer katmanının ızgara yapısı sayesinde deliğin nereye eklendiği/çıkarıldığına dair ilk bilgi elde edilir. Kuantum nokta konumlarını çıkarmak için vUB'ye (λ_vUB) ve vBL (λ_vLB) iki bağımsız olasılık dağılımı olarak kapılar. Bu yaklaşımla, integral λ_vUB (λ_vLB) vUB arasındai (vLBk) ve vUBj (vLBl) bir 'olasılık' döndürür p_sen,(i,j) (p_L,(k,l)) bu kontrol çizgileri arasındaki noktayı bulmak için. Sonuç olarak, bu dört bariyer tarafından sınırlanan alandaki birleşik olasılık, bu elemanların çarpımı ile verilmektedir: w_{(i,j), (k,l)} = p_sen,(i,j) × p_L,(k,l). 16 olasılığın toplamının 1 sonucunu verdiğini not ediyoruz. Daha önce başka bir çalışmada gözlemlendiği gibi³², bir germanyum kuantum kuyusunda tanımlanan belirli bir kuantum noktasına kapıların çapraz bağlanması, uzayda yavaş bir düşüş gösterir (yani, noktaya mesafesi > 100 nm olan kapılar hala noktaya hatırı sayılır bir çapraz bağlanmaya sahiptir). Bu, geçitler ve kuantum noktaları (>60 nm) arasındaki oldukça büyük dikey mesafeye atfedilebilir ve sıkı yük hapsi nedeniyle düşüşün oldukça hızlı olduğu Silikon-metal-oksit-yarı iletken cihazlardaki deneylerin aksine. Bu husus, olasılığımızın neden olduğunu açıklıyor W tanımlanan kuantum noktasında maksimum 0.25−0.50'ye ulaşır.

Tünel bağlantı değerlendirmesi

Şekil XNUMX'de sunulan tünel birleştirme sonuçlarının tahmini için. 4, şu sırayı takip eden otomatik bir ölçüm prosedürü oluşturduk: (1) iki boyutlu harita boyunca sanal engelleri adım adım atıyoruz (t, j); (2) her bariyer konfigürasyonunda iki boyutlu (e67, U67) bir yük stabilite haritası alıyoruz (Şekil XNUMX). 4b–g); (3) haritanın yerleştirme prosedürü yoluyla şarj interdotunun doğru konumunu belirleriz (Ek Şekil XNUMX). 10)⁴⁴; (4) interdot'u (67, 67) dc ofsetinde ortalamak için e0 ve U0 sanal kapılarında küçük ayarlamalar yapıyoruz; (5) ~0.1 kHz AWG rampalarını kullanarak polarizasyon hattını ölçüyoruz (Şekil XNUMX). 4c,s). Doğru bir analiz için her bir polarizasyon çizgisi, piksel başına 150 μs'lik bir ölçüm entegrasyon süresi kullanılarak ortalama 50 izin sonucudur. Bu yöntemle 30×30 boyutunda haritaların tamamı birkaç saatte alınır. İzleri 138 mK'lik bir elektron sıcaklığı ve ({alfa _{{epsilon _{67}}) = 0.012(4) eV V^-1termal olarak genişletilmiş bir polarizasyon hattından ekstrakte edilmiştir (Ek Şekil XNUMX). 13). Çıkarılan tünel bağlantısının, bariyer kapılarının bir fonksiyonu olarak yaklaşık olarak üstel bir eğilim izlediğini gözlemliyoruz. Şekil XNUMX'de sunulan verilere uyuyoruz. 4e,j ile (Atimes {rm{e}}^{-B{V__{rm{g}}}) işlev, nerede A bir ön faktördür, B etkili bariyer kolu koludur ve V_g kapı eksenidir. Etkili bariyer kaldıraç kollarının j_6b7 ve t_6b7 0.007 ± 0.002 ve 0.021 ± 0.003 mV'dir^-1, sırasıyla. Benzer şekilde, j_6t7 ve t_6t7 0.008 ± 0.001 ve 0.026 ± 0.003 mV'dir^-1, sırasıyla. Bu, gerçek bariyer LB7'nin dikey ve yatay bağlantıları benzer şekilde kontrol ettiğini gösterir. Toplamda bu sonuçlar, UB kapılarının alt bariyer katmanının, LB kapılarının üst bariyer katmanından ~3 kat daha etkili olduğunu göstermektedir. Bu, Şekil XNUMX'de bulunanlarla tutarlıdır. 2b ve Ek Şekil. 5. Böyle bir çapraz çubuk dizisindeki kübit operasyonları için aslında en yakın 24 komşunun tümünün iki bariyerli ayarlanabilirliğini tam olarak karakterize etmenin ve kalibre etmenin gerekli olduğunu not ediyoruz. Bu görevi gerçekleştirmek, donanım uygulamamızı daha da geliştirmeyi gerektirir ve bu çalışmanın kapsamı dışındadır.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• ChartPrime. Ticaret Oyununuzu ChartPrime ile yükseltin. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nature.com/articles/s41565-023-01491-3