Исследователи из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США разработали новые высокомобильные устройства для развития квантовых технологий – с регулируемым затвором на основе титаната стронция, демонстрирующие высокую подвижность электронов. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Титанат стронция (SrTiO3) – оксид стронция и титана со структурой перовскита. Он обладает многими полезными свойствами, включая спин-орбитальную связь, электрическую перестраиваемость и нетрадиционную сверхпроводимость. По сравнению со сверхпроводимостью обычных металлов, таких как алюминий или ниобий, сверхпроводимость SrTiO3 сохраняется при низкой плотности электронов, при которой ее можно контролировать с помощью приложения электрического напряжения.
Уникальные свойства титаната стронция делают его перспективным материалом для развития квантовых технологий. Тем не менее, разработка этих устройств до сих пор оказалась довольно сложной задачей из-за высокого уровня беспорядка в наноструктурах SrTiO3.
Теперь исследователи из Стэнфордского университета, Национальной ускорительной лаборатории SLAC смогли за счет перестройки затвора разработать новые устройства на основе SrTiO3, демонстрирующие высокую подвижность электронов. Эти устройства способны переносить квантованный заряд, что может иметь важное значение для развития квантовой технологии на основе SrTiO3.
«Мы искали способ сделать узкие каналы нанометрового размера в SrTiO3. Наша главная цель состояла в том, чтобы сделать устройства с достаточно низким количеством дефектов и примесей (так называемого «беспорядка») и за счет этого попасть в режим, при котором электроны баллистически протекают через узкое сужение, не сталкиваясь с дефектами. В очень чистых образцах это может привести к квантованию заряда, перенося его по дискретным баллистическим каналам», – рассказал Tech Xplore один из ведущих исследователей Евгений Михеев, выпускник Швейцарского федерального технологического института в Лозанне и докторант Стэнфордского университета.
Устройства, реализованные Михеевым и его коллегами, имеют уникальную конструкцию, тщательно изученную для обеспечения квантованного переноса заряда по дискретным баллистическим каналам. Они основаны на двумерных каналах электронного газа SrTiO3 и затворе ионной жидкости, разделенных тонким барьерным слоем из оксида гафния.
В более раннем исследовании группы специалистов Стэнфордского университета, представивших устройства с вентилем на ионной жидкости. Однако эти устройства были слишком широкими, чтобы демонстрировать какие-либо эффекты баллистического квантования. Теперь же Михеев и его коллеги обнаружили, что вставка очень тонкого слоя гексагонального нитрида бора между ионной жидкостью и SrTiO3 позволяет значительно уменьшить беспорядок и количество загрязнений в устройствах.
Используя новый подход, Михеев и его коллеги смогли создать на основе SrTiO3 высокомобильные устройства с регулируемым затвором, способные переносить квантованный заряд. В будущем эта разработка может послужить основой для новых наноустройств с квантовым переносом, что открывает путь созданию многообещающих сверхпроводящих или топологических кубитов.