Grafen är välkänt för sin höga elektriska ledningsförmåga, mekaniska styrka och flexibilitet. Att stapla två lager grafen med atomlagertjocklek producerar tvålagersgrafen, som har utmärkta elektriska, mekaniska och optiska egenskaper. Som sådan har tvåskiktsgrafen väckt stor uppmärksamhet och används i en mängd nästa generations enheter, inklusive kvantdatorer.
Men en komplikation till deras tillämpning inom kvantberäkning kommer i form av att få exakta mätningar av kvantbitstillstånden. Mest forskning har i första hand använt lågfrekvent elektronik för att komma till rätta med detta. Men för applikationer som kräver snabbare elektroniska mätningar och insikter i elektroniska tillstånds snabba dynamik har behovet av snabbare och känsligare mätverktyg blivit uppenbart.
Nu har en grupp forskare från Tohoku University skisserat förbättringar av radiofrekvensreflektometri (rf) för att uppnå en höghastighetsavläsningsteknik. Anmärkningsvärt är att genombrottet involverar användningen av grafen i sig. Detaljerna om deras studie rapporterades i tidskriften Physical Review Applied .
Rf-reflektometri fungerar genom att skicka radiofrekvenssignaler till en transmissionsledning och sedan mäta de reflekterade signalerna för att få information om prover. Men i enheter som använder tvåskiktsgrafen leder närvaron av betydande strökkapacitans i mätkretsen till rf-läckage och mindre än optimala resonatoregenskaper. Även om olika tekniker har undersökts för att mildra detta, väntar fortfarande tydliga riktlinjer för enhetsdesign.
"För att kringgå denna vanliga brist på rf-reflektometri i tvåskiktsgrafen använde vi en bakgrind av grafit i mikroskala och ett odopat kiselsubstrat", säger Tomohiro Otsuka, motsvarande författare till artikeln och docent vid Tohoku Universitys Advanced Institute for Materials Research (WPI) -AIMR).
"Vi realiserade framgångsrikt bra rf-matchningsförhållanden, beräknade avläsningsnoggrannheten numeriskt och jämförde dessa mätningar med likströmsmätningar för att bekräfta dess konsistens. Detta gjorde det möjligt för oss att observera Coulomb-diamanter genom rf-reflektometri, ett fenomen som indikerar bildandet av kvantpunkter i ledningen kanal, driven av potentiella fluktuationer orsakade av bubblor."
Otsuka och hans teams föreslagna förbättringar av rf-reflektometri ger viktiga bidrag till utvecklingen av nästa generations enheter såsom kvantdatorer, och utforskningen av fysikaliska egenskaper med hjälp av tvådimensionella material, såsom grafen.
Mer information: Tomoya Johmen et al, Radio-Frequency Reflectometry in Bilayer Graphene Devices Using Microscale Graphite Back-Gates, Physical Review Applied (2023). DOI:10.1103/PhysRevApplied.20.014035
Journalinformation: Fysisk granskning tillämpad
Tillhandahålls av Tohoku University
