Modern elektronik är baserad på dopade halvledare. För att syntetisera elektroniska komponenter, dopande atomer som aluminium eller fosfor är inbäddade i kristaller av ultrarent kisel. Detta möjliggör anpassning av halvledarkonduktivitet enligt önskad tillämpning. I moderna elektroniska datorprocessorer, miniatyriserad till bara några nanometer, endast mindre än tio dopantatomer är relevanta för funktionaliteten. Kvantkomponenter, som används för nya kvantdatorer eller kvantsimulatorer, kommer att gå ännu ett steg längre genom att de kräver en array med endast enstaka dopningsatomer i en kristall med hög renhet.

Fysiker vid Johannes Gutenberg-universitetet Mainz (JGU) under ledning av professor Ferdinand Schmidt-Kaler har nu utvecklat en metod för att implantera exakta antal enskilda dopantjoner till en fast kristall. Deras teknik implanterar det sällsynta jordartselementet praseodymium i en yttrium-aluminium granatkristall. Dessa kristaller undersöktes därefter under ett högupplöst konfokalt mikroskop i samarbete med ett team av forskare som leds av professor Jörg Wrachtrup vid universitetet i Stuttgart. De bestämde en positioneringsnoggrannhet på 35 nanometer. I princip, denna noggrannhet är redan tillräcklig för att implantera matriser av dopantjoner i komponenter för framtida kvantprocessorer.

Forskningsresultaten publicerades som en höjdpunkt i den internationella tidskriftens nuvarande volym Fysiska granskningsbrev och representerar en viktig innovation med en stor potential för applikationer, eftersom metoden kan utvidgas till andra kristaller och dopantatomer.