Pesquisadores demonstram um método de leitura elétrica de alta velocidade para nanodispositivos de grafeno
(a) A estrutura de camadas do dispositivo fabricado. (b) O circuito ressonante usado para reflectometria de RF. Crédito:Tomoya Johmen et al. O grafeno é conhecido por sua alta condutividade elétrica, resistência mecânica e flexibilidade. O empilhamento de duas camadas de grafeno com espessura de camada atômica produz grafeno de duas camadas, que possui excelentes propriedades elétricas, mecânicas e ópticas. Como tal, o grafeno bicamada atraiu atenção significativa e está sendo utilizado em uma série de dispositivos de próxima geração, incluindo computadores quânticos.
Mas uma complicação para sua aplicação na computação quântica surge na forma de obter medições precisas dos estados dos bits quânticos. A maioria das pesquisas usou principalmente eletrônicos de baixa frequência para superar isso. No entanto, para aplicações que exigem medições eletrônicas mais rápidas e insights sobre a rápida dinâmica dos estados eletrônicos, a necessidade de ferramentas de medição mais rápidas e sensíveis tornou-se evidente.
Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade de Tohoku delineou melhorias na reflectometria de radiofrequência (rf) para obter uma técnica de leitura de alta velocidade. Notavelmente, a descoberta envolve o uso do próprio grafeno. Os detalhes do estudo foram relatados na revista Physical Review Applied .
A reflectometria de RF funciona enviando sinais de radiofrequência para uma linha de transmissão e, em seguida, medindo os sinais refletidos para obter informações sobre as amostras. Mas em dispositivos que empregam grafeno de bicamada, a presença de capacitância parasita significativa no circuito de medição leva a vazamento de RF e a propriedades do ressonador abaixo do ideal. Embora várias técnicas tenham sido exploradas para mitigar isso, ainda são aguardadas diretrizes claras de design de dispositivos.
A dependência das características de reflexão de RF na tensão da porta, mostrando a mudança na condutância. Crédito:Tomoya Johmen et al.
Diamantes de Coulomb originados da formação de pontos quânticos são observados monitorando a tensão refletida do ressonador. Crédito:Tomoya Johmen et al.
"Para contornar essa deficiência comum de reflectometria de RF em grafeno de bicamada, empregamos uma porta traseira de grafite em microescala e um substrato de silício não dopado, "diz Tomohiro Otsuka, autor correspondente do artigo e professor associado do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku (WPI -AIMR).
"Conseguimos com sucesso boas condições de correspondência de RF, calculamos numericamente a precisão da leitura e comparamos essas medições com medições de corrente contínua para confirmar sua consistência. Isso nos permitiu observar diamantes de Coulomb através da reflectometria de RF, um fenômeno que indica a formação de pontos quânticos na condução canal, impulsionado por flutuações potenciais causadas por bolhas."
As melhorias propostas por Otsuka e sua equipe para a reflectometria de RF fornecem contribuições importantes para o desenvolvimento de dispositivos de próxima geração, como computadores quânticos, e a exploração de propriedades físicas usando materiais bidimensionais, como o grafeno.
Mais informações: Tomoya Johmen et al, Reflectometria de radiofrequência em dispositivos de grafeno de camada dupla utilizando back-gates de grafite em microescala, Revisão física aplicada (2023). DOI:10.1103/PhysRevApplied.20.014035 Informações do diário: Revisão Física Aplicada
