Коррелированный транспорт в металлических наноструктурах с кулоновской блокадой

• Автор: Пашкин, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 232 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Кулоновская блокада туннелирования
1.1 Вводные замечания
1.2 Ячейка одиночных электронов
1.3 Одноэлектронные транзисторы с емкостным затвором
1.4 Влияние электромагнитного окружения
1.5 Одноэлектронные транзисторы с резистивным затвором
ГЛАВА 2. Квантовый бит на основе ячейки купсровских пар
2.1 Вводные замечания
2.2 Ячейка купсровских пар
2.3 Манипуляция квантовыми состояниями и измерение 83 конечного состояния кубита
2.4 Однократное считывание кубита
2.5 Вопросы декогерентности
ГЛАВА 3. Когерентная динамика двух связанных кубитов
3.1 Вводные замечания
3.2 Двухкубитная схема
3.3 Модель двух связанных кубитов
3.4 Экспериментальные результаты
3.5 Запутанность состояний двух кубитов
ГЛАВА 4. Квантовая логическая ячейка ОЮТ
4.1 Вводные замечания
4.2 Идея эксперимента
4.3 Экспериментальные результаты

ГЛАВА 5. Эталон единицы электрического тока
на основе одноэлектронного транзистора
5.1 Вводные замечания
5.2 Электронный насос с высоким значением зарядовой энергии
5.3. Параллелизация работы электронных насосов
ГЛАВА 6. Наноэлектромеханические системы
6.1 Вводные замечания
6.2 AI наномеханический резонатор
6.3 Одноэлектронный транзистор с механической 187 степенью свободы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Приложение I. Метод изготовления сверхмалых туннельных
переходов и одноэлектронных транзисторов на основе алюминия с помощью электронной литографии и углового напыления
Приложение II. Метод изготовления туннельных переходов и
одноэлектронных транзисторов на основе ниобия с помощью электронной литографии и метода углового напыления
Приложение III. Метод изготовления наноэлектромеханических
структур на основе алюминия

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Электронные устройства составляют основу высоких технологий. С момента изобретения транзистора они играют ключевую роль в обработке информации, связи, метрологии, медицине и измерительной технике, а также стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Тенденция к миниатюризации электронных компонентов связана со стремлением к повышению быстродействия электронных процессоров, увеличению плотности записи информации, а значит объёма памяти электронных устройств, созданию более чувствительных датчиков и приёмников, а также уменьшению энергопотребления. При уменьшении размеров электронных устройств в них начинают проявляться качественно новые эффекты, связанные, в частности, с дискретной природой электрического заряда и квантовой волновой природой электронов. Изучение квантовых эффектов и создание на их основе новых приборов и устройств является одной из первоочередных задач современной физики конденсированного состояния.
Исследования в этом направлении сконцентрированы, в частности, на квантовой информатике, квантовой метрологии и разработке измерительных устройств нового типа.
Наряду с развитием традиционных цифровых технологий в последнее время большое внимание уделяется- разработке квантовых алгоритмов обработки и передачи информации, разработке физических основ построения квантового компьютера, который способен решать вычислительные задачи, непольсильные для обычного, даже самого быстродействующего, компьютера. Реализация первого твердотельного кубита, описанного в данной работе, дала мощный толчок разработкам в области квантовой информатики. В настоящее время многие экспериментальные группы заняты поиском физических систем, которые могли бы использоваться в качестве

напряжения на затворе кулоновская блокада модулировалась квазипериоди-ческим образом, что, по-видимому связано с существованием нескольких островов между истоком и стоком, соединённых последовательно. Пример вольт-амперных характеристик транзистора с золотымы 10-нанометровыми островками приведён на Рис. 1.8.
Как уже говорилось выше, помимо зарядовых эффектов в виде кулоновской блокады туннелирования, модулируемой напряжением на затворе, в одноэлектронных транзисторах с малым размером острова могут проявляться эффекты дискретности энергетических уровней острова. В этом случае дискретность энергетических уровней проявляется в транспорте через одноэлектронный транзистор в виде характерных ступенек (см. Рис. 1.6) [41]. Температура, при которой наблюдаются ступеньки на ВАХ зависит от расстояния между дискретными уровнями, что в свою очередь зависит от размеров острова как Побьём. Для островов размером порядка 10 нм и боль-

л 200 <
-В- 150 о
у- 1оо
50
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.

Рис. 1.8. Набор вольт-амперных характеристик одноэлектронного транзистора с золотыми частицами в качестве островов. Вставка показывает микроснимок исследуемого устройства.