钛酸锶(SrTiO3)是一种钙钛矿结构的锶钛氧化物，具有自旋轨道耦合、电可调性和非常规超导性等优点。与传统金属(如铝或铌)的超导性相比，SrTiO3的超导性在低电子密度下持续存在，可以通过施加电压来控制。
SrTiO3的独特性质使其成为发展量子技术的有前途的材料。然而，由于SrTiO3纳米结构的高度无序性，这些器件的开发迄今为止被证明是相当具有挑战性的。
斯坦福大学、SLAC国家加速器实验室和其他研究所的研究人员最近实现了基于SrTiO3的新型栅极可调谐器件，该器件具有高电子迁移率。发表在《自然电子》杂志上的一篇论文介绍了这些设备，它们可以传输量子化电荷，这可能对基于srtio3的量子技术的发展具有重要意义。
“我们想学习如何在SrTiO3上制造纳米级的窄通道，”进行这项研究的研究人员之一Evgeny Mikheev告诉Tech Xplore。“这种材料在技术上和科学上都很有趣，因为它具有不同寻常的超导性，在低密度下，可以通过对晶体管状结构内的栅极触点施加电压来控制。
“我们的主要目标是制造缺陷和杂质('无序')含量足够低的设备，以进入电子以弹道方式流过狭窄狭窄而不会与缺陷碰撞的状态。在非常干净的样品中，这会导致量子化电荷通过离散的弹道通道传输。这可以从我们论文中显示的电导率数据的平台之间的步骤中清楚地观察到。”
Mikheev和他的同事们实现的器件具有经过仔细研究的独特设计，可以通过离散弹道通道实现量子化电荷传输。它们是基于SrTiO3二维电子气通道和离子液体栅极，由一层薄薄的氧化铪阻挡层隔开。
“我们的研究建立在大卫·戈德哈伯-戈登小组之前的两项研究的基础上，”米赫耶夫解释说。“第一篇是我在2021年发表的上一篇论文，我们在其中报告了钛酸锶的狭窄收缩。它是通过一种叫做离子液体门控的技术在SrTiO3表面创造一个二维电子气体而制成的。离子液体通过纳米栅极接触与钛酸锶形成局部“阴影”，从而产生收缩。我们希望在这项研究中改进的方面是减少紊乱。”
减少SrTiO3的紊乱。Mikheev和他的同事们在David Goldhaber-Gordon的团队和Patrick Gallagher领导的早期研究的基础上设计了一个解决方案，该研究专注于离子液体门控SrTiO3器件。这些装置太宽，无法显示任何弹道量子化效应。然而，研究小组发现，通过在离子液体和SrTiO3之间插入一层非常薄的六方氮化硼，他们可以显著减少设备中的无序和杂质。
“Goldhaber-Gordon团队在2015年采用的基于薄六方氮化硼薄片剥离的工艺与我们2021年研究中使用的纳米级图图化工艺不兼容，”Mikheev说。“在《自然电子》杂志的工作中，我们能够用原子层沉积沉积的氧化铪取代氮化硼，这是一种更直接、更容易复制的过程，可以制造非常薄的屏障。新工艺实现了类似的无序减少，同时也允许我们添加纳米级器件特征。”
利用他们的设计策略，Mikheev和他的同事们能够基于SrTiO3创建栅极可调谐和高迁移率的器件，可以传输量子化电荷。在未来，他们的工作可以作为使用SrTiO3开发具有量子传输的新型纳米器件的蓝图，这反过来可能有助于创造有前途的超导或拓扑量子比特。
米赫耶夫补充说:“我的长期计划是将这种材料开发成量子信息技术平台，或者其中的一个组件。”“从这项工作中也有几个有趣的未解决的开放性科学问题。一个是“y形”子带的起源，直到非常高的磁场才显示自旋分裂。匹兹堡大学的Jeremy Levy小组在另一种基于SrTiO3的纳米器件中也观察到了这一不寻常的特征。我们还不知道它的起源，但我们希望在后续实验中阐明它。”
更多信息:Evgeny Mikheev等人，钛酸锶中的清洁弹道量子点接触，自然电子(2023)。DOI: 10.1038/s41928-023- 00985期刊信息:自然电子
?2023 Science X Network
引用:新型栅极可调和高迁移率器件
就在路上
钛酸钛(2023,July 19)于2023年7月19日从https://techxplore.com/news/2023-07-gate-tunable-high-mobility-devices-ba检索
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