p Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, em colaboração com a Universidade de Cambridge, estudaram a interação entre campos de microondas e estados de defeitos eletrônicos dentro da camada de óxido de transistores de efeito de campo em temperaturas criogênicas. Verificou-se que a física de tais estados de defeito são consistentes com sistemas de dois níveis dirigidos que possuem longos tempos de coerência, e que sua dinâmica induzida pode ser controlada de forma coerente e independente. p Devido à natureza deste trabalho, espera-se que tais resultados contribuam para o campo da dinâmica vítrea eletrônica correlacionada na física da matéria condensada; dar uma melhor compreensão dos efeitos do ruído de carga em dispositivos mesoscópicos; e possibilitar novos estudos para o desenvolvimento de novas tecnologias no importante campo do processamento de informações quânticas baseado em semicondutores.

p Os estados de defeito atuando como armadilhas de elétrons em interfaces óxido-semicondutor geralmente são fontes de ruído e tendem a reduzir o desempenho de dispositivos em nanoescala. Tais estados de defeito podem modificar o ambiente eletrostático experimentado pelos elétrons condutores, forçando-os a se infiltrar por vias semelhantes a nanofios em temperaturas suficientemente baixas. Isso efetivamente permite um mecanismo de detecção da ocupação de tais locais de armadilha pela corrente medida no canal de condução. Esse efeito é normalmente observado como ruído telegráfico aleatório (RTN), que corresponde à emissão incoerente e captura de elétrons nos estados de armadilha, mediada pelo fundo térmico.

p Motivado pelas grandes mudanças na condutividade causadas pelo RTN em transistores de efeito de campo (FET), cientistas do Quantum Nanoelectronics Research Center, Instituto de Pesquisa Inovadora (Tokyo Tech), o Centro de Fotônica Avançada e Eletrônica (Universidade de Cambridge), e o Laboratório Cavendish (Universidade de Cambridge) investigaram possíveis mecanismos nos quais a ocupação de estados de defeitos poderia ser observada e mediada dinamicamente por meio de campos de micro-ondas coerentes. Trabalhando em temperaturas criogênicas, verificou-se que a dinâmica de tais estados de armadilha são consistentes com sistemas de dois níveis (TLS), em que os níveis de energia são discretos e apenas os dois mais baixos são acessíveis dentro da energia do sinal de excitação. Um TLS pode representar a base para uma implementação de bit quântico.

p A partir da assinatura espectroscópica de microondas da resposta do FET usado neste trabalho, exibindo um grande número de ressonâncias de fator de alta qualidade (Q> 10.000), os tempos de coerência extraídos observados neste estudo são consideravelmente mais longos, por quase três ordens de magnitude, do que outras implementações baseadas em defeitos de TLS. A realização de experimentos de pulso único dá a possibilidade de estudar a dinâmica dos elétrons aprisionados, que não dependem da química do dielétrico usado. E usando um protocolo Ramsey padrão, controle coerente foi alcançado. Além disso, empregando uma equação ótica mestre que captura a dinâmica dos elétrons presos e um modelo físico baseado na teoria de resposta linear, foi possível reproduzir o comportamento experimental observado nos experimentos.

p Além disso, constatou-se que os estados de defeito são relativamente bem protegidos contra fônons, explicando os longos tempos de decoerência medidos, e que a principal fonte de ação reversa pode estar relacionada a interações coulombianas de longo alcance com outras cargas. Finalmente, uma vez que cada ressonância pode ser endereçada de forma independente no espaço de frequência, a ampla distribuição de longos tempos de coerência observados, e a densidade quase uniforme de estados medidos, espera-se que este trabalho possa motivar a possibilidade de usar sistemas como memórias quânticas ou bits quânticos em futuras implementações de processamento de informações quânticas.