p A primeira demonstração de pontos quânticos duplos de grafeno em que é possível controlar o número de elétrons até zero foi relatada em Nano Letras . Longe de ser uma façanha acadêmica abstrata, os resultados podem ser fundamentais para futuras implementações de computação quântica com base em grafeno. "Ter informações exatas e controle sobre o número de elétrons nos pontos é essencial para a tecnologia de informação quântica baseada no spin, "diz Luca Banszerus, um pesquisador da RWTH Aachen University na Alemanha e o primeiro autor do artigo relatando esses resultados. p Embora este nível de controle tenha sido demonstrado em pontos quânticos únicos, esta é a primeira demonstração em pontos quânticos duplos de grafeno, que são particularmente úteis como qubits de spin. "Usar um ponto duplo facilita muito a leitura do estado de spin do elétron e a implementação de portas quânticas, "Banszerus acrescenta.

p Pontos quânticos menos nervosos

p A ideia de usar grafeno em pontos quânticos data quase desde os primeiros relatos de isolamento do material em 2004. O grafeno quase não tem interação spin-órbita e muito pouco acoplamento hiperfino, o que sugere que o tempo de vida do spin pode ser extremamente alto. Infelizmente, Os pontos quânticos fisicamente gravados de flocos maiores de grafeno apresentam problemas devido à desordem nas bordas do ponto, interrompendo o comportamento do material. Como resultado, o comportamento de transporte desses pontos quânticos é dominado por estados localizados nas bordas. "Isso leva a um tamanho de ponto quântico efetivo desconhecido e uma ocupação de normalmente muitos elétrons, "diz Banszerus.

p Em vez de, Banszerus e colegas da RWTH Aachen e do Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão trabalham com grafeno de camada dupla, que pode ser ajustado para ser um semicondutor. Uma tensão aplicada a regiões específicas de um floco de grafeno de dupla camada pode mudar essas regiões para se comportarem como isolantes, definindo eletrostaticamente um ponto quântico que não possui estados de borda próximos.

p Os pesquisadores de Aachen retiram flocos únicos de grafeno de duas camadas do grafite (esfoliação mecânica) e manuseiam-no usando uma técnica de coleta a seco que depende das interações de van der Waals. Eles encapsulam o grafeno de duas camadas em cristal de nitreto de boro hexagonal (hBN). Eles então colocam a estrutura em um floco de grafite, que atua como o eletrodo inferior, e adicionar cromo e ouro portas divididas e portas de dedo separadas das portas divididas por uma camada de 30 nm de espessura de camada atômica depositada em Al ₂ O ₃ .

p Eles foram capazes de controlar o número de elétrons nos pontos quânticos aplicando uma voltagem, que também afetou o acoplamento de tunelamento entre os pontos. Como resultado, uma vez que a ocupação total dos dois pontos quânticos excede oito elétrons, eles começam a se comportar como um único ponto quântico, em vez de um ponto quântico duplo. Medições de transporte também revelaram que o número de elétrons carregados no ponto quântico pode ser controlado até zero elétrons.

p A ideia de definir pontos quânticos em grafeno de camada dupla eletrostaticamente desta forma não é nova. Contudo, embora diferentes grupos tenham tentado essa abordagem desde 2010, o processo exigia truques recentemente descobertos do comércio, como melhor encapsulamento em hBN e o uso de flocos de grafite como portas para obter um gap limpo. Banszerus diz que esses desenvolvimentos foram uma grande surpresa e reanimaram o interesse nos pontos quânticos de grafeno em 2018. Ele espera que as capacidades que eles demonstraram irão estimular ainda mais a atividade neste campo.

p Controle de acoplamento

p "Embora ser capaz de controlar o número de cargas em um ponto duplo de grafeno seja um grande passo à frente, ainda existem muitos problemas a serem resolvidos no caminho em direção à tecnologia de informação quântica baseada em spin em grafeno, "diz Banszerus. Em seguida, ele espera resolver o problema de controlar o acoplamento entre os pontos quânticos e o reservatório, que ele espera alcançar adicionando uma camada adicional de portas de dedo interdigitadas no topo. p © 2020 Science X Network