左:晶圆结构-未掺杂(上)和n型掺杂(下)。右图:未掺杂晶圆片上的完整器件和电子显微镜图像
去除随机掺杂使量子器件的制造成为可能
unsw领导的一个合作项目发现，去除量子电子设备中的随机掺杂可以极大地提高它们的再现性——这是未来量子信息处理和自旋电子学等应用的一个关键要求。
量子再现挑战
制造量子器件的挑战在于，到目前为止，还不可能制造出两个具有相同性能特征的量子晶体管。
虽然这些设备在物理上看起来是一样的，但它们的电气性能在不同的设备之间可能会有很大的差异。这使得将多个量子元件集成到一个完整的量子电路具有挑战性。
在这项由unsw领导的新研究中，研究人员表明，这个问题来自于量子设备中掺杂剂的随机空间位置。
使半导体导电的传统方法是在半导体中加入另一种元素。例如，在硅中加入少量的磷原子，就会产生过量的自由电子，从而产生电流
但在纳米级量子器件中，这些掺杂剂的随机定位意味着没有两个器件表现出相同的特性。
unsw领导的团队与剑桥大学的合作者合作，表明完全去除掺杂剂可以使量子设备的可重复性大大提高。
主要作者Ashwin Srinivasan评论说:“与传统的掺杂器件相比，新方法中未掺杂量子点接触晶体管的电增益均匀度最高可达三倍。”
悉尼新南威尔士大学量子设备实验室负责人汉密尔顿教授说:“我们曾怀疑，去除随机掺杂会提高设备的可重复性，但结果远远好于我们的预期。阿什温制造了9个器件，它们都显示出相同的量子特性和电性能。我以前从未见过这样的事情。”
“这项工作表明，可重复制造量子设备是可能的。”
这项研究
在左边，掺杂晶圆上的9个相同器件表现出不同的电子行为，而在右边，9个未掺杂的器件几乎无法区分。
利用完全未掺杂架构提高量子器件的再现性发表于应用物理通讯2020年10月(DOI 10.1063/5.0024923)。
这项工作是由澳大利亚研究理事会在探索项目计划下，部分使用澳大利亚国家制造工厂的新南威尔士州节点设施进行。
该工作与舰队的研究高度相关人工工程量子材料，由新南威尔士大学的CI Klochan领导。