量子点是纳米尺寸的盒子,由于其性质符合量子力学,是开发先进电子和光子器件的必要条件,因此在纳米技术中引起了巨大的科学兴趣。由于量子点的量子化输运行为,它们在形成过程中自组装的量子点作为纳米电子器件中的可调谐光源和量子物理研究特别有吸引力。开发一种测量单个自组装量子点电荷的方法是实现量子信息处理的重要途径;然而,这是困难的,因为测量所需的金属电极可以屏蔽掉量子点非常小的电荷。大阪大学的研究人员最近开发出了第一个基于两个自组装量子点的设备,该设备可以使用第二个量子点作为传感器来测量一个量子点的单电子电荷。
该装置是用两个砷化铟(InAs)量子点连接到电极上制造的,电极被故意缩小,以尽量减少不良的筛选效果。
“设备中的两个量子点显示出显著的电容耦合,”Haruki Kiyama说。“结果,一个点的单电子充电被检测为另一个点的电流变化。”
传感器量子点的电流响应取决于目标点中的电子数。因此,该装置可用于实时检测量子点中的单电子隧穿。在传感器量子点的高、低电流状态切换中,探测到单电子进出目标量子点的隧穿事件。探测这种隧穿事件对于测量电子自旋量子位的单自旋非常重要。
“在自组装的量子点中感知单个电荷是令人兴奋的,原因有很多,”Akira Oiwa解释说。“实现单电子状态的电子读出的能力可以与光子学相结合,并用于量子通信。此外,我们的设备概念可以扩展到不同的材料和系统,以研究自组装量子点的物理特性。”
一种使用自组装量子点来探测单电子事件的电子设备是一种新的策略,可以增加我们对量子点物理的理解,并有助于先进纳米电子学和量子计算的发展。
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