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氧化锌单纳米带量子点晶体管中的单电子泵浦

DOI：10.1007/s11433-019-1494-4 期刊：Science China Physics, Mechanics & Astronomy 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 稀释磁性半导体（DMSs）传统上被用于实现基于自旋的量子计算和量子信息处理。然而，其较低的居里温度是该领域应用的主要障碍，这使得开发能在室温下工作的宽禁带DMSs成为必要。为此，研究者采用宽禁带ZnO纳米带（NB）构建了带有全局背栅的单电子晶体管（SET）。在4.2K温度下观测到清晰的库仑振荡现象。库仑钻石的周期性表明这些振荡源自尺寸均匀的单个量子点，而准周期性库仑钻石则对应ZnO纳米带中多量子点的贡献。通过对库仑峰施加不同频率的交流信号至全局背栅，实现了单电子泵浦——电流增量等于电子电荷量与频率的乘积。在25MHz高频条件下，单电子和双电子泵浦的精度均达到约1%。这种精确的单电子泵浦使ZnO纳米带SET适用于单自旋注入与检测，在量子信息技术领域具有重要应用潜力。
作者： Hassan Ali，Jing Tang，Kai Peng，SiBai Sun，Attia Falak，FeiLong Song，ShiYao Wu，ChenJiang Qian，Meng Wang，XiTian Zhang，Muhammad Aftab Rafiq，XiuLai Xu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究利用宽禁带稀释磁性半导体（DMSs）在室温下实现自旋量子计算与量子信息处理，通过构建基于宽禁带氧化锌纳米带（NB）的全局背栅单电子晶体管（SET）。

研究成果

该研究成功地在低温条件下高精度地展示了氧化锌量子点中的单电子和双电子泵浦现象，使氧化锌纳米带成为量子计算和量子信息技术中单自旋注入与检测的有前途的候选材料。未来的工作可聚焦于优化器件制备以实现室温运行。

研究不足

该研究在低温（4.2 K）下进行，限制了其在室温下的直接应用。单电子和双电子泵浦在高频率下的电流精度约为1%，表明器件制造和噪声抑制方面存在潜在的优化空间。

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