En jämförelse mellan binär spin-avläsning och ternär spin-avläsning. Kredit:Osaka University
Kvantprickar är mycket små partiklar som uppvisar luminescens och elektroniska egenskaper som skiljer sig från deras bulkmaterial. Som ett resultat, de är attraktiva att använda i solceller, optoelektronik, och kvantberäkning. Kvantberäkning innebär att en liten spänning appliceras på kvantpunkter för att reglera deras elektronspintillstånd, kodar alltså information. Medan traditionell datoranvändning är baserad på ett binärt informationssystem, elektronspintillstånd i kvantprickar kan uppvisa ytterligare frihetsgrader på grund av möjligheten till överlagring av båda tillstånden samtidigt. Denna funktion kan öka tätheten av kodad information.
Avläsning av elektronspin av kvantpunkter är nödvändig för att realisera kvantberäkning. Single-shot spin-avläsning har använts för att detektera spinnberoende enelektrontunnelhändelser i realtid. Prestandan för kvantberäkning kan förbättras avsevärt genom enkelbildsavläsning av flera spinntillstånd.
Ett japanskt forskningssamarbete baserat vid Osaka University har nu uppnått den första framgångsrika detekteringen av flera spinntillstånd genom enkelbildsavläsning av tre tvåelektronspinntillstånd av en enda kvantprick. De rapporterade sina fynd i Fysiska granskningsbrev .
För att läsa upp flera snurrtillstånd samtidigt, forskarna använde en kvantpunktkontaktladdningssensor placerad nära en galliumarsenidkvantprick. Förändringen i ström hos laddningssensorn berodde på kvantpunktens spintillstånd och användes för att skilja mellan singlett och två typer av triplettspintillstånd.
"Vi har erhållit en-shot ternär avläsning av två-elektrons spinntillstånd med kanttillståndsspinnfiltrering och orbitaleffekten, ", säger första författaren Haruki Kiyama.
En svepelektronmikroskopbild av kvantpunkten som används i denna forskning. Vi bildade kvantpunkten genom att applicera spänning på ytportelektroder. Elektronspintillstånd kan avläsas genom att mäta den elektriska strömmen som flyter i närheten av punkten (vit pil). Kredit:Osaka University
Det är, hastigheten för tunnling mellan kvantpunkten och elektronreservoaren berodde på både elektronernas spinntillstånd och interaktionen mellan elektronspin och kvantpunktens orbitaler. Teamet identifierade ett grundtillstånd och två exciterade tillstånd i kvantpunkten med hjälp av deras inställning.
Forskarna använde sedan sin ternära avläsningsinställning för att undersöka spinrelaxationsbeteendet för de tre detekterade spinntillstånden.
"För att bekräfta giltigheten av vårt avläsningssystem, vi mätte spinrelaxationen för två av tillstånden, " Kiyama förklarar. "Mätning av dynamiken mellan spinntillstånden i en kvantpunkt är en viktig tillämpning av den ternära spinnavläsningsuppsättningen."
Resultaten av binär snurravläsning med tidigare och nya scheman, och det för ternär spinnavläsning genom att kombinera dessa två binära avläsningsscheman. Kredit:Osaka University
Spinrelaxationstiderna för kvantpunkten uppmätt med det ternära avläsningssystemet överensstämde med de rapporterade, ger bevis för att systemet gav tillförlitliga mätningar.
Detta ternära avläsningssystem kan utökas till kvantprickar som består av andra material, avslöjar ett nytt tillvägagångssätt för att undersöka spindynamiken hos kvantpunkter och representerar ett framsteg inom kvantinformationsbehandling.
