过去几十年来,生长技术的令人瞩目的进步使得人们能够制造出非常高质量的低维半导体结构——量子阱、量子线和量子点,这为光电子学和自旋电子学领域的量子信息技术开辟了新的研究途径和无数的应用 1-3 。作为量子限制的直接结果,基本半导体激发可以达到非常大的结合能,使所谓的“激子”领域成为一个有前途的研究领域 4 。虽然激子的概念在空间限制沿一维(量子阱)或二维(量子线)时有意义,但我们在这里表明,当三个空间维度受到限制(量子点)时,束缚电子-空穴对作为激子的图像会被打破。这就是为什么我们不应该像对待其他结构那样将量子点 (QD) 中的电子-空穴对称为激子,而应该使用其他术语。这个问题不仅仅是语义问题;对于电子-空穴对与其他载流子相互作用并与光子耦合,以及光子吸收的可能性,物理理解完全不同。
在作为胶体量子点(CQD)产生的材料中,HGTE具有特殊的状态,是覆盖从可见光到THZ的整个红外范围的唯一材料(0.7-100μm)。这种独特的特性是由其电子结构产生的,结合了空气稳定性和电荷传导能力,在过去的二十年中产生了一致且庞大的效果,以产生和改善HGTE CQD。同时,HGTE CQD与中波红外的任何其他胶体替代品更先进,内容涉及其整合到高级光子和光电应用中。在这里,HGTE CQD相对于材料的生长,电子结构建模,其整合到光子结构中的最新发展及其作为从单个元素设备向复杂传感器和红外成像器的活动材料传递的传递。最后,还包括有关该材料对行业的潜力的讨论,还包括相对于材料和设备设计,在低技术准备水平的经济和生产方面增加了新的挑战。
量子点发光二极管(QD-LED)具有稳定的高官方,对于下一代显示至关重要。然而,无法控制的衰老,在储存期间效率最初增加(正衰老),但在延长的衰老(负衰老)(负衰老)时完全损失,这会阻碍进一步的设备开发。发现,基于纳米晶(NC)的电子传输层(ETL)的化学变化会导致正衰老,它们的结构漂移和形态导致瞬时改善的电荷注入平衡。使用放牧的小角度X射线散射,发现Znmgo NCS在衰老过程中进行了量身定量的成熟,改善了尺寸均匀性并创造了更平滑的能量景观。仅电子设备的测量结果显示,陷阱状态下降了7倍,表明Znmgo的表面钝化增强。这些见解,结合了ZnMGO表面结合的密度功能理论计算,激发了具有Al 2 O 3的原子层沉积(ALD)策略,以永久抑制表面陷阱并抑制NC的生长,从而有效地消除了老化诱导的效果损失。这种ALD工程的Znmgo ETL使得在30批LED中可重复可重复可重复的外部量子效应(EQE)为17%,在4500 cd m-2的初始亮度为4500 CD M-2的LED中,t 60 h 60 h,代表EQE的增长1.6倍,并且在运行式稳定性的稳定性上的提高了1.6倍。
在光学量子计算和通信框架中,主要目标是构建接收节点,使用单个固定量子位对传入光子实施条件操作。特别是,对可扩展节点的追求推动了腔增强自旋光子接口与固态发射器的发展。然而,一个重要的挑战仍然是,以确定性的方式产生稳定、可控、自旋相关的光子状态。在这里,我们使用电接触柱状腔,嵌入单个 InGaAs 量子点,以展示单个电子自旋对反射光子引起的巨大极化旋转。引入了一种完整的层析成像方法来推断在存在自旋和电荷波动的情况下,由特定自旋状态决定的输出极化斯托克斯矢量。我们通过实验接近庞加莱球中条件旋转π2、π和π2的偏振态,外推保真度分别为(97±1)%、(84±7)%和(90±8)%。我们发现,增强的光物质耦合,加上有限的腔双折射和降低的光谱波动,可以针对庞加莱球中的大多数条件旋转,同时控制经度和纬度。这种偏振控制可能对使自旋光子接口适应各种量子信息配置和协议至关重要。
由于具有大规模量子计算的潜力,门控硅量子点中的自旋量子比特正受到越来越多的关注。这种自旋量子比特的读出最准确且可扩展的方式是通过泡利自旋阻塞 (PSB) 完成的,然而,各种机制可能会提升 PSB 并使读出复杂化。在这项工作中,我们介绍了硅纳米线中多电子低对称双量子点 (DQD) 中 PSB 的实验研究。我们报告了对非对称 PSB 的观察结果,当自旋投射到对中的一个 QD 时表现为阻塞隧穿,但当投射到另一个 QD 时表现为允许隧穿。通过分析 DQD 与读出谐振器的相互作用,我们发现 PSB 提升是由 7.90 μ eV 的不同电子自旋流形之间的大耦合引起的,并且隧穿是不相干的。此外,16 个电荷配置中的 DQD 磁谱能够重建 DQD 的能谱,并揭示提升机制是能级选择性的。我们的结果表明增强的自旋轨道耦合可能使硅纳米线中电子自旋的全电量子位控制成为可能。
我们报告了CMOS拆分硅纳米线晶体管中双重量子点的快速电荷状态读数,这是通过与超导能力的混合元素集成形成的大元元素谐振器中与微波光子的大分散相互作用。我们通过利用不对称的拆分门设备的较大的间点闸门杆臂α= 0.72,并通过电感耦合到谐振器增加其阻抗,z r = 560。在色散状态下,双量子点杂交点处的较大耦合强度可产生与谐振器线宽相当的频移,这是最大状态可见性的最佳设置。我们利用该制度来证明对自由度的快速分散读数,SNR在50 ns中为3.3。在谐振方案中,快速电荷的分解速率无法达到强耦合方案,但我们使用混合CMOS系统显示了向自旋光子电路量子电动力学的明确途径。
可扩展量子计算机的发展正进入关键阶段,几种不同的固态量子比特设计已被证明是未来量子计算机基础的有力候选。硅基量子点自旋量子比特就是这样一种候选,它是该领域的一个相对较新的领域,但具有长相干时间和高保真测量和操控的潜力。硅还具有利用工业专业知识和与当前半导体制造技术的兼容性来生产可靠、可重复和可扩展的量子比特设计的显著优势。要大规模开发全功能的量子计算机,单个量子比特设计应紧凑、控制开销低,并与环境的交互最少,以防止量子信息丢失。量子点所经历的主要环境相互作用之一是所有电子设备中都存在的 1 /𝑓 电荷噪声特征。量子点区域的电场波动对半导体自旋量子比特中的单量子比特和多量子比特测量、操控和相干性构成了重大挑战。
摘要 — 采用标准制造技术制造的纳米级 CMOS 量子点器件在低温下的可靠运行对于量子计算应用至关重要。我们研究了使用意法半导体标准制造工艺在极低温度下制造的超薄体和埋氧 (UTBB) 全耗尽绝缘体上硅 (FD-SOI) 量子点器件的行为。使用 Nanoacademic Technologies 最近开发的 3D 量子技术计算机辅助设计 (QTCAD) 软件模拟和分析了量子点器件的性能,实现了低至 1.4 K 的收敛。在本文中,我们介绍了这项工作的初步模拟结果,并将其与从同一器件的测量中收集的实际实验数据进行了比较。关键词-FD-SOI CMOS、硅量子点、量子计算、3D TCAD 模拟、低温
摘要 半导体量子点 (QDs) 作为高性能材料,在当代工业中发挥着重要作用,这主要是因为它们具有高光致发光量子产率、宽吸收特性和尺寸相关的光发射。使用 QDs 作为微光学应用的构建块来构建定义明确的微/纳米结构至关重要。然而,制造具有设计功能结构的稳定 QDs 一直是一个挑战。在这里,我们提出了一种在具有特定保护性能的混合介质中对所需 QDs 进行三维直接光刻的策略。丙烯酸酯功能化的混合前体通过超快激光诱导多光子吸收实现局部交联,实现超越衍射极限的亚 100 纳米分辨率。印刷的微/纳米结构具有高达 600 ◦ C 的热稳定性,可以转化为体积收缩的无机结构。由于 QDs 封装在密集的硅氧分子网络中,功能结构表现出良好的抗紫外线照射、腐蚀性溶液和高温稳定性。基于混合三维纳米光刻技术,可制备双色多层微/纳米结构,用于三维数据存储和光学信息加密。本研究为制备所需的量子点微/纳米结构提供了一种有效的策略,支持开发稳定的功能器件应用。
采用标准制造技术制造的纳米级 CMOS 量子点器件在低温下可靠运行对于量子计算应用至关重要。我们研究了使用意法半导体标准制造工艺制造的超薄体和埋氧 (UTBB) 全耗尽绝缘体上硅 (FD-SOI) 量子点器件的极低温行为。使用 Nanoacademic Technologies 最近开发的 3D 量子技术计算机辅助设计 (QTCAD) 软件模拟和分析了量子点器件的性能,实现了低至 1.4 K 的收敛。在本文中,我们介绍了这项工作的初步模拟结果,并将其与从具有相同几何形状的设备测量中收集的实验数据进行了比较。2. 简介量子计算机使用量子位 (qubit) 作为其构建块,有望利用量子力学在各种传统技术上提供颠覆性优势。硅中的量子点为实现物理量子位提供了一种有前途的方法。在这种架构中,量子信息被编码到量子点内单个电子或空穴的自旋中[1, 2]。