以石墨烯奈米帶實現石墨烯量子點元件之積體化合成技術

 

刊登日期:2023/2/9
  • 字級

日本東北大學利用石墨烯1次元材料-石墨烯奈米帶(Graphene Nanoribbon),新開發了一項石墨烯量子點元件之積體化合成技術,將可望有助於實現次世代高性能量子電腦的開發。石墨烯擁有優異的物性,可望廣泛應用於電子元件而備受期待。有研究發現,將石墨烯奈米化至擬似0次元後,會展現出量子點的樣態,利用此石墨烯量子點將可望促進自旋型量子電腦之相干時間(Coherence Time)的長壽化。然而將石墨烯量子點任意配置於基板上的「積體化」技術尚未確立,為目前一大課題。

東北大學過去曾開發出1次元構造石墨烯「石墨烯奈米帶」的大規模積體化合成手法,此次除了開發出將1次元石墨烯奈米帶予以0次元的量子點化技術之外,且進行了石墨烯量子點元件大規模積體化合成的實際驗證。初期的Ni Nanobar長度(LNi)可決定石墨烯奈米帶的長度,研究人員改變了Ni Nanobar的長度並進行合成,結果發現當LNi變短時提高了石墨烯奈米帶元件的製作效率。且在–258℃(~15K)的低溫下測量合成石墨烯奈米帶的量子傳導特性,發現在特定的LNi(100~200 nm)的條件下,有相當高的機率可觀測到良好的庫倫鑽石(Coulomb Diamond)特性。透過庫倫鑽石特性與石墨烯奈米帶的構造解析,推斷是石墨烯奈米帶中形成的狹窄局部構造,展現了0次元量子點的樣態。
 
爾後研究人員將16個石墨烯奈米帶在基板上積體化,並確認可測得庫倫鑽石的元件機率,結果有9個元件觀測到明確的庫倫鑽石,達半數以上。由此可知,能以56%的製作效率在同一基板上實現石墨烯奈米帶量子點的積體化合成。此外,透過這次的研究成果得知,石墨烯奈米帶量子點中的激發能階(Excited Level)至–273℃(20K)都能穩定存在。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/220110_tohokuuniv.html
分享