Kvantprickar är nanometerstora lådor som har väckt stort vetenskapligt intresse för användning inom nanoteknik eftersom deras egenskaper lyder kvantmekaniken och är nödvändiga för att utveckla avancerade elektroniska och fotoniska enheter. Kvantprickar som sätter sig själv under deras bildande är särskilt attraktiva som avstämbara ljussändare i nanoelektroniska enheter och för att studera kvantfysik på grund av deras kvantiserade transportbeteende. Det är viktigt att utveckla ett sätt att mäta laddningen i en enda självmonterad kvantprick för att uppnå kvantinformationsbehandling; dock, detta är svårt eftersom metallelektroderna som behövs för mätningen kan sålla bort den mycket lilla laddningen av kvantpunkten. Forskare vid Osaka University har nyligen utvecklat den första enheten baserad på två självmonterade kvantprickar som kan mäta enkelelektronladdningen hos en kvantpunkt med en andra som sensor.

Enheten tillverkades med hjälp av två indiumarsenid (InAs) kvantprickar kopplade till elektroder som avsiktligt försmalnades för att minimera den oönskade screeningseffekten.

"De två kvantprickarna i enheten visade betydande kapacitiv koppling, " säger Haruki Kiyama. "Som ett resultat, enkelelektronladdningen av en punkt detekterades som en förändring i strömmen för den andra punkten."

Sensorkvantpunktens strömsvar berodde på antalet elektroner i målpunkten. Därför kan enheten användas för realtidsdetektering av enelektrontunnel i en kvantpunkt. Tunnelhändelserna av enstaka elektroner in och ut ur målkvantpunkten detekterades som växling mellan höga och låga strömtillstånd i sensorkvantpunkten. Detektering av sådana tunnlingshändelser är viktig för mätning av enstaka snurr mot elektronspinkvbitar.

"Att känna av enstaka laddningar i självmonterade kvantprickar är spännande av flera anledningar, " förklarar Akira Oiwa. "Förmågan att uppnå elektrisk avläsning av enstaka elektrontillstånd kan kombineras med fotonik och användas i kvantkommunikation. Dessutom, vårt enhetskoncept kan utökas till olika material och system för att studera fysiken hos självmonterade kvantprickar."

En elektronisk enhet som använder självmonterade kvantprickar för att upptäcka enelektronhändelser är en ny strategi för att öka vår förståelse av kvantprickarnas fysik och för att hjälpa utvecklingen av avancerad nanoelektronik och kvantberäkning.