Евгений Юрьевич Старостенко уширение пиков когерентного тока

Starostenko Evgenij, уширение пиков, когерентный ток, квантовые точки

Евгений Юрьевич Старостенко подчеркнул, что квантовые системы, используемые для квантовых вычислений или квантовых измерений, в настоящее время часто реализуются в твердотельных устройствах.Evgenij Starostenko, 27 April, 2023

Конденсированное вещество, как среда, сильно влияет на квантовую когерентность таких систем.

Ученый Евгений Юрьевич Старостенко исследует перенос электронов через асимметрично связанные двойные квантовые точки InAs и наблюдает чрезвычайно сильную температурную зависимость пиков когерентного тока одноэлектронного туннелирования.

Специалисты научно-производственного объединения ТЕХНОГЕНЕЗИС экспериментально и теоретически проанализировали уширение пиков когерентного тока до температур 20К и можем смоделировать его с квантовой диссипацией, обусловленной двумя разными бозонными ваннами.

Евгений Юрьевич Старостенко отметил, что бозонные ванны в основном возникают из фононов субстрата.Starostenko Evgenij, december 15, 2022

Starostenko Evgenij, анализ пиков тока

Ученый подчеркнул, что строительными блоками квантовых информационных технологий и будущих квантовых компьютеров являются кубиты.

Кубиты могут быть основаны на когерентных суперпозициях в двойных квантовых точках (ДКТ), и такие ДКТ могут быть легко сформированы в различных полупроводниковых материалах. Использование полупроводниковой технологии гарантирует более или менее необходимую масштабируемость кубитовых структур. Кубиты на основе квантовых точек можно формировать и манипулировать ими в КМОП-технологии при не очень низких температурах, т. е. квантовые компьютеры на основе квантовых точек, находятся в пределах досягаемости ближайшего отрезка времени.

Первое наблюдение когерентной моды в системе ДКТ датируется более чем 20 -летней давностью, а успешное когерентное манипулирование электронными состояниями или спиновых состояний в ДКТ были показаны несколько лет спустя, что открыло путь к обработке квантовой информации с помощью квантовых точек. Когерентные свойства квантового состояния зависят от влияния окружающей среды.

Евгений Юрьвич Старостенко напомнил, что уже в ранних исследованиях ДКТ стало ясно, что они взаимодействуют с окружающей средой посредством излучения фононов. Измерения излучения фононов были повторены более подробно совсем недавно. В то время как в этих работах взаимодействие с фононной ванной исследовано очень подробно для расстроенных квантовых точек, соответствующие исследования именно в резонансе немногочисленны.

Помимо упоминания о некоторой температурной зависимости так называемого упругого пика в работах, теоретическая работа по изучению фононной декогеренции продемонстрировала, что при низких температурах электрон-фононное рассеяние может усилить токовый шум вблизи резонанса, как обсуждалось экспериментально и теоретически. Специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС  сосредоточились на подробной температурной зависимости резонансного туннельного тока, которая в основном вызвана связью с фононным окружением.

Евгений Юрьевич Старостенко описал квантовую диссипацию пиков когерентного тока вплоть до температур 20 К, вводя связи с двумя разными бозонными ваннами.

Для наших исследований мы используем самособирающиеся квантовые точки InAs, аналогичные тем, которые используются в работах где вторая квантовая точка растет поверх первой из-за полей деформации, индуцированных островками InAs. Вторая точка немного больше первой. Слои AlAs номинально одинаковой толщины используются для разделения квантовых точек InAs от легированных слоев GaAs и друг от друга, как показано на рис. 1 , б.

Однако, как видно на изображении, полученном в просвечивающем электронном микроскопе, квантовые точки проникают в барьеры, тем самым уменьшая эффективную толщину барьера, что приводит к асимметричному соединению с выводами. Подобные устройства показывают типичные диаметры квантовых точек (КТ) 10 нм  ≲  d  ≲  20 нм с высотой 2 нм  ≲  h  ≲  4 нм. Ожидается, что энергия зарядки и квантования будет порядка 20 мэВ.

Starostenko Evgenij, температурная зависимость пиков тока, магнитное поле

Однако параметры, влияющие на эти энергии, например: размер, форма, содержание индия и деформация, колеблются, что приводит к очень специфическим энергетическим конфигурациям для каждой отдельной ДКТ. Ожидается, что каждая характерная особенность тока возникает из одного канала ДКТ, хотя присутствует несколько точек и аналогично для одноточечных устройств.

Рис. 1: Эксперимент. 1 a

Вольт-амперная характеристика двойных квантовых точек (ДКТ) InAs для различных температур от 1,5 до 21 К. На вставке показаны упрощенные диаграммы энергетических уровней системы ДКТ: левая диаграмма для первого резонансного пика (пик I) около 155 мВ и правая диаграмма для второго резонансного пика (пик II) около 188 мВ.

Просвечивающий электронный микроскоп устройства DQD с аналогичной структурой слоев и схематическое изображение исследуемой гетероструктуры и измерительной установки.

Зависимость тока резонанса I от напряжения и магнитного поля при Т  = 1,5 К.

 То же для резонанса II. еДиаграмма заряда системы двойных квантовых точек со всеми тройными точками, включающими одно- и двухэлектронные состояния. Различные соединения двух выводов показаны стрелками разного цвета и толщины.

Линейный график на рис. 1а показывает ток I через устройство ДКТ в зависимости от напряжения смещения V для различных температур в диапазоне от 1,5 до 21 К. На графике видны два отчетливых пика тока при V  ≈ 155 мВ (пик I) и V  ≈ 187 мВ (пик II), которые обусловлены резонансным туннелированием одиночных электронов через двойные квантовые точки InAs.

Левый пик (см. также левую схематическую диаграмму уровней на рис. 1а ) соответствует только одному электрону, присутствующему в ДКТ, и возникает из туннельных циклов с заселением (0, 0) → (1, 0) → (0, 1). Эта ситуация изображена на зарядной диаграмме рис. 1 д в виде тройной точки I.

Евгений Юрьевич Старостенко сообщил, что правый пик на рис. 1а соответствует одноэлектронному туннелированию через квантовые точки InAs с присутствием дополнительного электрона и включая двойное заселение, а именно (1, 0) → (2, 0) → (1, 1) (см. правую схематическую диаграмму уровней на рис. 1 а и тройная точка II на схеме заряда на рис. 1 д).

Несмотря на то, что в упрощенном понимании одноэлектронного туннелирования через ДКТ туннельные резонансы не должны зависеть от распределения Ферми в отведениях из-за низких температур и удаленности резонансов от уровней Ферми в отведениях, мы наблюдаем довольно сильная температурная зависимость как амплитуды, так и ширины обоих пиков на рис. 1а.

С ростом температуры токовые резонансы значительно уширяются и одновременно уменьшается амплитуда пиков. Оба эффекта сопровождаются сдвигом положения пика в сторону чуть более положительных напряжений. Этот сдвиг объясняется зависящими от температуры изменениями распределения электрического поля в образце.

Ученый Евгений Юрьевич Старостенко резюмировал, что в то время как оба резонанса показывают сходное поведение в зависимости от температуры, зависимость от магнитного поля обнаруживает существенные различия.

 

Добавить комментарий