Einzelne Ionen in Festkörper platziert
Neue Technik ermöglicht Einbau mit einer Genauigkeit von 35 Nanometern.
Dotierte Halbleiter sind die Grundlage jeder modernen Elektronik. Um elektronische Bauelemente herzustellen, werden hochreine Siliziumkristalle mit Dotierungsatomen wie zum Beispiel Aluminium oder Phosphor versetzt. Dadurch kann die Leitfähigkeit maßgeschneidert werden. In modernen, auf wenige Nanometer miniaturisierten elektronischen Computerprozessoren sind nur noch die Elektronen von weniger als zehn Dotieratomen für die Schaltprozesse zuständig. Noch einen Schritt weiter gehen Quantenbauelemente, bei denen nur einzelne Dotieratome in einem hochreinen Kristall für neuartige Quantencomputer oder Quantensimulatoren genutzt werden sollen.
Forscher der Uni Mainz um Ferdinand Schmidt-Kaler haben eine Methode entwickelt, um genau abgezählte, einzelne Dotierungsionen in einen Festkörperkristall zu platzieren. In den Experimenten wurde das Seltene-Erden-Element Praseodym in einen Yttrium-Aluminium-Granatkristall eingeschossen. Diese Kristalle wurden anschließend in Zusammenarbeit mit Forschern der Gruppe um Jörg Wrachtrup an der Uni Stuttgart in einem hochauflösenden konfokalen Mikroskop untersucht.
Dabei konnte eine Positionierungsgenauigkeit von 35 Nanometern ermittelt werden. Diese Genauigkeit erlaubt es im Prinzip schon jetzt, Anordnungen von Dotierungsionen für Bauelemente eines zukünftigen Quantenprozessors zu schreiben. Die Ergebnisse stellen eine wichtige Innovation mit weitem Anwendungspotenzial dar, denn die Methode kann auf andere Kristalle und Dotierungsatome erweitert werden.
JGU / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
K. Groot-Berning et al.: Deterministic Single-Ion Implantation of Rare-Earth Ions for Nanometer-Resolution Color-Center Generation, Phys. Rev. Lett. 123, 106802 (2019); DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.106802 - Quantenbit AG Schmidt-Kaler, Quanten-, Atom- und Neutronenphysik, Institut für Physik, FB Physik, Mathematik und Informatik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
- 3. Physikalisches Institut (J. Wrachtrup), Fklt. Mathematik und Physik, Universität Stuttgart
