Die Autoren danken Michael Lacerte für technische Unterstützung. MP-L. erkennt die Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR), dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), der kanadischen Stiftung für Innovation (CFI) und Fonds de Recherche Québec - Nature et Technologies (FRQNT) für finanzielle Unterstützung. Die hier vorgestellte wurde bei CRN2 und IMDQ Einrichtungen, zum Teil durch NanoQuébec finanziert hergestellt. Die GaAs / AlGaAs Substrat wurde durch ZR Wasilewski vom Institut für Mikrostrukturphysik Wissenschaften an der National Research Council Canada hergestellt. JCL und CB-O. anerkennen und CRSNG FRQNT für finanzielle Unterstützung.

Das Herstellungsverfahren wird nachfolgend beschrieben auf einem GaAs / AlGaAs Substrat mit den Abmessungen 1,04 x 1,04 cm durchgeführt. Zwanzig identische Geräte auf einem Substrat in dieser Größenordnung hergestellt werden. Alle Schritte des Verfahrens werden in einem Reinraum durchgeführt und geeignete Schutzausrüstung muss jederzeit verwendet werden. Entionisiertes Wasser wird während des gesamten Prozesses, wird aber der Einfachheit halber als &quot;Wasser&quot; in der untenstehenden Protokoll bezeichnet. 1. Ätzen der Mesa Das Ergebnis dieser Herstellungsschritt ist in 4a gezeigt. <ol><li> Legen Sie die Probe in einem Plasmaverascher mit einem O 2-Plasma bei 75 W für 2 Minuten, um alle Spuren von unerwünschten widerstehen oder organische Verbindungen zu entfernen. </li><li> Reinigen Sie die Probe in einem Ultraschallbad mit Aceton (2x) und IPA für jeweils 5 min. Föhnen mit einem komprimierten N 2 gun. Während der Herstellung Protokoll, wenn ein Ultraschallbad, vermeiden Sie hohe Leistungen zu verhindern Beschädigung des GaAs-Waferdas hat eine Tendenz zur Spaltung. </li><li> Backen der Probe in einem Ofen bei 125 ° C für mindestens 15 min, um die Oberfläche zu dehydratisieren. Dehydrierung kann auch, indem die Probe auf einer heißen Platte bei 180 ° C für mindestens 5 min erreicht wird. </li><li> Spin Mantel der Probe mit Shipley S1818 Fotolack bei 3.500 rpm für 30 sec und backen auf einer Heizplatte bei 115 ° C für 60 Sekunden. Die resultierende Lackschicht sollte etwa 2,5 um dick. S1818 wird verwendet, weil es dick ist und nur sehr wenig von der Lösung in Schritt 1.11 zum Ätzen des Substrats verwendet betroffen. Während des Herstellungsverfahrens ist es wichtig, zu vermeiden Überbrennen Photoresist und E-Strahl zu widerstehen, die einfache Entfernung in den nachfolgenden Schritten zu gewährleisten. </li><li> Verwendung einer photolithographischen Maske Ausrichter und einen Randwulst-Maske, die an der äußeren Kante der Probe zu widerstehen freizulegen. Der Randwulst Maske besteht aus einem 1 x 1 cm Chrom Quadrat auf einer Glasplatte. Verwenden Licht mit einer Wellenlänge von 436 nm und setzen die 10 Sek. lang widerstehen bei 15m W / cm 2. Das wavelength und Leistung festgelegt und kann mit der Maschine variieren. Stellen Sie die Belichtung und Entwicklung mal zu wohldefinierten Funktionen in der richtigen Größe zu erhalten. </li><li> Belichtete Resist durch Eintauchen der Probe in MF-319 für 2 min 10 sec zu entwickeln. Langsam rühren bei diesem Schritt. Spülen in Wasser für 15 sec und blasen mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. Der Randwulst sollte am Ende dieses Schritts entfernt werden, wobei eine 1 x 1 cm Oberfläche mit einer gleichmäßigen Dicke des Resists in der Mitte der Probe. Der Randwulst vor Aussetzen der Mesa Maske einen besseren Kontakt zwischen der Maske und der Probe, die zu besseren Ergebnissen führt erhalten wurde. </li><li> Immer noch mit dem Photolitographiemaske Aligner, Belichten des Resists mit dem Mesa-Maske und 436 nm Licht für 7 sec bei 15 mW / cm 2. </li><li> Entwickeln des belichteten Resists durch Eintauchen der Probe in MF-319 für 2 min 10 sec und Rühren langsam. Spülen für 15 Sekunden in Wasser und blasen mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. Der Resist remaining auf die Probe nun die Form der Mesa. Der Resist wird diese Region von der Probe aus, die weg in den folgenden Schritten geätzt schützen. </li><li> , Um alle Spuren zu widerstehen in der zuvor belichteten Bereich zu entfernen, wird die Probe in einem Plasmaverascher angeordnet und mit einem O 2-Plasma für 1 min bei 75 ausgesetzt W. </li><li> Eine Lösung von H 2 SO 4: H 2 O 2: H 2 O (05.01.55) wird zum Ätzen der Probe verwendet. Kombinieren Sie die richtigen Proportionen von H 2 O 2 und Wasser und fügen Sie dann die H 2 SO 4. Diese Lösung ist sehr reaktiv, wenn es zuerst hergestellt wird. Warten Sie 20 min, bevor Sie zum nächsten Schritt zu Überätzen vermeiden. </li><li> Ätzen der Probe durch Eintauchen in die saure Lösung für einige Sekunden und sofort Spülen in Wasser für 30 Sekunden, um die Reaktion zu stoppen. Die Oberfläche der Probe sollte an der Schicht aus Si Dotierungen geätzt werden und fast den ganzen Weg hinunter zum 2DEG zum Abbau in diesen Regionen zu gewährleisten (see Abbildung 1). Die Ätztiefe kann in Abhängigkeit von dem Substrat. Im Allgemeinen sind für die Art des verwendeten Trägermaterials, führt ein 34 Sekunden Eintauchen in die gewünschte Ätztiefe von 90-100 nm aufweisen. Allerdings ist es wichtig, nicht zu Überätzung um eine Beschädigung der 2DEG. Da die Ätzrate variiert stark mit dem Verhältnis von H 2 SO 4 und H 2 O 2 in der Lösung als auch mit der Wartezeit vor dem ätzen, ist es empfehlenswert, das Ätzen von mehreren Tauchgängen von 5-10 sec durchzuführen, statt einer einzigen 34 sec ätzen, und messen Sie die Tiefe mit einer geätzten Profilometers nach jedem Etch. Das relativ langsame Ätzrate dieser Lösung ermöglicht eine gute Steuerung der Ätztiefe. Die Kühlung der Ätzlösung unterhalb der Raumtemperatur kann zu Ätzgeschwindigkeiten senken. Da es jedoch eine flache Ätzung und das Ätzprofil unwichtig ist, können verschiedene Ätzlösungen eingesetzt werden. </li><li> Isolieren Sie den Widerstand durch Eintauchen der Probe im Jahr 1165 Remover bei 65 ° C für 3 Stunden. Spülenin Aceton und IPA für jeweils 5 min. Messen Sie die Ätzprofil mit einem Profilometers. </li></ol> 2. Die Herstellung der ohmschen Kontakte Das Ergebnis dieser Herstellungsschritt ist in 4B gezeigt. <ol><li> Reinigen Sie die Probe in einem Ultraschallbad durch Eintauchen in Aceton (2x) und IPA für jeweils 5 min. Schlag mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. </li><li> Backen Sie die Probe in einem Ofen bei 125 ° C für 15 min, um die Oberfläche zu entwässern. </li><li> Spin Mantel mit LOR5A bei 2.500 rpm für 30 sec und backen auf einer Heizplatte bei 150 ° C für 10 min. Dann drehen Mantel mit S1813 bei 5.000 rpm für 30 sec und backen auf einer Heizplatte bei 110 ° C für 60 Sekunden. Die resultierende Dicken widerstehen ~ 600 nm und ~ 1,3 &amp;mgr; m. Zwei Schichten des Resists verwendet, um die lift-off des Metalls, das in Schritt 2.10 hinterlegt wird erleichtern. </li><li> Mit einem Photolitographiemaske Ausrichter und dem Rand Perle Maske, Belichten des Resists auf dem äußeren edge der Probe mit 436 nm Licht für 10 sec bei 15 mW / cm 2. </li><li> Entwickeln des belichteten Resists durch Eintauchen der Probe in MF-319 für 2 min 10 sec unter Rühren gleichmäßig. Spülen in Wasser für 15 sec und blasen mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. </li><li> Immer noch mit dem Photolitographiemaske Aligner, aber dieses Mal mit dem ohmschen Kontakt Maske, richten Sie die Muster für die ohmschen Kontakte auf der geätzten Mesa. Expose mit 436 nm Licht für 6 sec bei 15 mW / cm 2. </li><li> Entwickeln Sie die in MF-319 widerstehen für 2 min 10 sec unter Rühren reibungslos. Spülen in Wasser für 15 sec und blasen mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. Es ist nicht mehr widerstehen in den Bereichen, wo die Ohm&#39;schen Kontakte aufgebracht werden. Der Entwickler löst die LOR 5A schneller als die S1813, so dass eine Hinterschneidung unter der oberen Schicht des Resistmaterials. Dieses Profil in der Resistschicht verhindert das Metall (das wird in Schritt 2.10 hinterlegt) ab, die Wände an den Kanten des Resists und ermöglicht auch eine einfache removal des restlichen Resists und unerwünschte Metall. </li><li> Um alle Spuren zu widerstehen in der zuvor belichteten Bereich zu entfernen, legen Sie die Probe in einem Plasmaverascher und setzen Sie es mit einem O 2-Plasma für 1 min bei 75 W. Es ist wichtig, nicht zu lassen, die Probe zu lange sitzen in der Plasmamembran, weil etwa 75 nm / min von Resist während dieses Schritts geätzt. </li><li> Entfernen des GaAs-native Oxid durch Eintauchen der Probe in eine Lösung von H 2 SO 4: H 2 O (1:5) 30 sec und Spülen in Wasser für 30 Sekunden. Schlag mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. Schritt 2.10 sollte so schnell wie möglich, um die native Oxidschicht wieder erscheint verhindern durchgeführt werden. </li><li> Verwenden Sie eine E-Beam-Verdampfer auf 25 nm Ni, 55 nm von Ge und 80 nm Au hinterlegen. Die Abscheidungsgeschwindigkeiten jeweils 0,2 nm / sec, 0,5 nm / s und 0,5 nm / sec. Die Abscheideraten sind so gewählt, dass die Verdampfung Zeit kurz genug, um eine übermäßige Erwärmung der Kammer ohne so kurz ist, wie die Genauigkeit der Dicke t verlierener abgeschiedenen Schicht. Die Doppelschicht an Ge und Au durch eine einzige Schicht aus eutektischen GEAU ersetzt werden, wenn es verfügbar 9 ist. </li><li> Der vorherige Schritt abgeschiedenen Metallschicht auf der gesamten Oberfläche der Probe. Entfernen der Metallschicht, die auf der Resistschicht aufgebracht wird, indem man das letztere getan. Um dies zu tun, tauchen Sie die Probe im Jahr 1165 Remover bei 65 ° C für 3 Stunden. Um unerwünschte Metall, das nicht auf eigene kann aufgehoben werden, zu entfernen, mit einer Pipette sprühen die Oberfläche der Probe mit heißem Entferner. Spülen Sie die Probe in Aceton und IPA für jeweils 5 min. </li><li> Schneller thermischer Ausheizprozess in Formiergas verwendet, um das abgeschiedene Metall diffundieren bis 2DEG der Probe. Die Temperatur wird mit einer Rate von 50 ° C / sec bis eine Temperatur von 415 ° C erreicht wird, erhöht. Die Probe wird bei dieser Temperatur für 20 Sekunden belassen und dann schnell abgekühlt. Die Dauer und die Temperatur der Temperung werden gewählt, um den kleinsten Widerstand durch den ohmschen Kontakte bei niedrigen erhaltenTemperatur. Die optimale Glühzeit kann je nach der Tiefe des 2DEG in das Substrat. </li></ol> 3. Fabrication des Ti / Au Schottky Leads Das Ergebnis dieser Herstellungsschritt ist in 4c gezeigt. <ol><li> Reinigen Sie die Probe in einem Ultraschallbad durch Eintauchen in Aceton (2x) und IPA für jeweils 5 min. Schlag mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. </li><li> Backen Sie die Probe in einem Ofen bei 125 ° C für 15 min, um die Oberfläche zu entwässern. </li><li> Spin Mantel PMMALMW4% bei 5000rpm für 30 sec und backen auf einer Heizplatte bei 180 ° C für 90 sec. Dann Schleuderbeschichtungsverfahren PMMA HMW 2% bei 5000 rpm für 30 sec und Backen auf einer Heizplatte bei 180 ° C für 90 sek. Die resultierende Dicke des Resists sind ~ 75 nm und ~ 40 nM. Da die Ti / Au Leitungen werden sehr dünn ist, kann eine einzelne Schicht aus PMMA verwendet werden, aber Spinnen, Belichtung und Entwicklung Parameter müssen daher entsprechend angepaßt werden. Dieser Kommentar gilt auch für ter Al Leitungen und Tore (Schritt 4). </li><li> E-Strahl-Verfahren: Dieser Teil des Prozesses ist stark abhängig von der verwendeten Ausrüstung und das Protokoll benötigt kann somit sehr unterschiedlich von dem im Folgenden beschrieben. Die Muster für die Leitungen sind in einer CAD-Datei erstellt. In dieser Datei müssen die Leitungen als geschlossene Polygone, die 2 um breit sind, erstellt werden. Die Leitungen sind notwendig, um die Bondpads (hergestellt in Schritt 5) auf die Al-Gates (hergestellt in Schritt 4) zu kontaktieren. Vier Ausrichtungsmarkierungen müssen auch ausgesetzt, damit die vertikalen, horizontalen und Drehausrichtung der Al Leitungen und Gates auf der Ti / Au Schottky führt werden. <ol><li> Legen Sie die Probe in einem Rasterelektronenmikroskop (REM), das auf die e-Lithographie zu tun ist. Verwendung einer Öffnung von 10 um, um die Punktgröße zu verringern und den Beschleunigungsspannung 10 kV, einen guten Kontrast bei der Ausrichtung auf den zuvor hergestellten Strukturen zu gewährleisten. Stellen Sie den Fokus, Stigmatisierung und die Blende Ausrichtung.Messen Sie den Strahl Strom mit einem Faraday-Cup. </li><li> Richten Sie den Strahl mit dem zuvor geätzt Mesa und stellen Sie die Vergrößerung 300X. </li><li> Expose der Leitungen. Die REM programmiert ist, um die gewünschten Bereiche durch Auffüllen mit einer Anordnung von Punkten ausgesetzt freizulegen. Der Abstand zwischen diesen Punkten (Mitte-Mitte-Abstand) beträgt 5,5 nm und die Dosis ist 43 uC / cm 2 (die Belichtungszeit wird auf dem Balken Strom in Schritt 3.5.1 gemessen ab). Setzen Ausrichtungsmarkierungen als auch die Ausrichtung der Al-Gatter mit den Ti / Au führt in Schritt 4 zu ermöglichen. </li><li> Die Schritte 3.5.2 und 3.5.3 für jedes der 20 Geräte auf der Probe. </li></ol></li><li> Entwickeln Sie die Resists durch Eintauchen der Probe in IPA: H 2 O (9:1) für 30 Sekunden. Die Lösung ist bei einer Temperatur von 20 ° C sein, Spülen in Wasser für 30 sec und blasen mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. Wenn bevorzugt das Resist PMMA können mit Hilfe eines IPA werden: MIBK-Lösung und Spülen mit IPA, um die Reaktion zu stoppen. Eine andere development Zeit wird benötigt, wenn diese Option gewählt werden. </li><li> Legen Sie die Probe in ein Plasma Asher und setzen Sie es mit einem O 2-Plasma für 4 sec bei 50 W. Dies entfernt von 5 nm widerstehen und sorgt dafür, dass es keine widerstehen links am Boden der Gräben während der e-Strahl-Verfahren gebildet. </li><li> Entfernen des GaAs-native Oxid durch Eintauchen der Probe in eine Lösung von H 2 SO 4: H 2 O (1:5) 30 sec und Spülen in Wasser für 30 Sekunden. Schlag mit einem komprimierten N 2 Pistole trocken. Step 3.8 sollte so bald wie möglich, um die native Oxid aus reappearing verhindern durchgeführt werden. </li><li> Legen Sie die Probe in einer e-beam Verdampfer und Kaution 10 nm Ti und 20 nm Au, beide mit einer Rate von 0,1 nm / sec. Es ist wichtig, dass der Probenhalter auch geerdet werden und mindestens 60 cm von der Quelle zum Akkumulieren von Ladungen auf der Probe während des Abscheidungsprozesses zu verhindern platziert. </li><li> Lift-off überschüssigen Metalls durch Eintauchen der Probe im Jahr 1165 Remover bei 65 °C für 15 min. Um unerwünschte Metall, das nicht auf eigene kann aufgehoben werden, zu entfernen, mit einer Pipette sprühen die Oberfläche der Probe mit heißem Entferner. Spülen in Aceton und IPA für jeweils 5 min. </li></ol> 4. Die Herstellung der Al Schottky Leads und Tore Das Ergebnis dieser Herstellungsschritt ist in Fig. 4d gezeigt. Die Herstellung des Al Schottky führt und Toren bildet die wichtigste Schritt des Herstellungsprozesses, da diese die Tore, die den Punkt definieren. Es ist wichtig, dass der Elektronenstrahl gut fokussiert werden und der Strahlstrom und in Schritt 4,2 eingestellt. Die Belichtung und Entwicklung muss auch mal gut eingestellt werden, um kleine, kontinuierliche und wohldefinierten Tore zu erzielen. In vielen Protokollen werden diese Tore und Leitungen Ti / Au hergestellt und gleichzeitig mit den Leitungen während des vorherigen Schritt 3 ausgesetzt. Es ist ein Vorteil der Verwendung Al dass es oxidiert werden kann, therefErz so dass für Elemente wie oben Gates direkt auf die Oberfläche der Probe abgeschieden werden, ohne die Notwendigkeit eines großen Isolierschicht 10. <ol><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.4.2. Allerdings nicht mit dem Ultraschallbad während der Reinigung der Probe um eine Beschädigung der Ti / Au führt. </li><li> E-Strahl-Verfahren: Die Muster für die Al Leads und Tore sind in einer CAD-Datei erstellt. Die Al-Leitungen werden verwendet, um Kontakt mit dem Ti / Au führt zu der Al-Gatter und als geschlossene Polygone mit einer Breite von 200 nm erstellt. Die Al-Gatter sind jedoch nicht als Polygone gezogen, sondern als zwei einzelne Zeilen von 20 nm getrennt sind. <ol><li> Sobald der Strahl mit der Mesa ausgerichtet, stellen Sie die Vergrößerung auf 1.500 X und richten Sie den Strahl mit dem Ti / Au Schottky führt. </li><li> Expose der Leitungen. Verwenden Sie eine Dosis von 43 uC / cm 2 und eine Mitte-zu-Mitte-Abstand von 3,3 nm. </li><li> Expose die Tore. Verwenden Sie eine Linie Dosis von 0,149 nC / cm und einem Mitte-zu-Mitte-Abstand von 1,1 nm. Dies wird zu einem führenendgültige Gate-Breite von 60 nm auf. </li><li> Die Schritte 4.2.1 - 4.2.3 für jedes der 20 Geräte auf der Probe. </li></ol></li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3,5-3,7. </li><li> Legen Sie die Probe in einer e-beam Verdampfer und Anzahlung von 30 nm Al mit einer Rate von 0,3 nm / sec. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 3.10. Es ist wichtig, sehr empfindlich mit der Probe aus diesem Schritt weiter, um eine Beschädigung der kleinen Al Tore. </li></ol> 5. Die Herstellung der Schottky Leads und Bonding Pads Das Ergebnis dieser Herstellungsschritt ist in Figur 4e dargestellt. <ol><li> Die Schritte 2,1-2,9 unter Verwendung eines photolithographischen Maske für die Schottky führt anstelle der Maske für den ohmschen Pads. </li><li> Legen Sie die Probe in einer e-beam Verdampfer und Kaution 30 nm Ti und 350 nm Au bei Raten von 0,3 nm / s und 1 nm / s bzw.. Die dicke Au abgeschieden erleichtert Bindung der Probe auf den Probenhalter, weil es weniger anfällig für Zerreißen ist als thinner Schichten. </li><li> Lift-off das überschüssige Metall und verbleibende Resist durch Eintauchen der Probe im Jahr 1165 Remover bei 65 ° C für 3 Stunden. Um unerwünschte Metall, das nicht auf eigene kann aufgehoben werden, zu entfernen, mit einer Pipette sprühen die Oberfläche der Probe mit heißem Entferner. Spülen Sie die Probe in Aceton und IPA für jeweils 5 min. </li></ol> 6. Würfeln der Proben <ol><li> Backen Sie die Probe in einem Ofen bei 125 ° C für 15 min, um die Oberfläche zu entwässern. </li><li> Spin Mantel mit S1818 bei 3.500 rpm für 30 sec und backen auf einer Heizplatte bei 115 ° C für 1 min. Die Dicke dieser Schicht des Resistmaterials ist unwichtig, solange es dick genug ist, um die Oberfläche der Probe während der Vereinzelung zu schützen. </li><li> Eine Schicht Zerteilungsband auf die Ober-und Unterseite der Probe. Die Schicht Klebeband auf der Oberseite bietet einen zusätzlichen Schutz des Gerätes bei der Vereinzelung. </li><li> Legen Sie die Probe face-up in einem dicer. Schneiden Sie die Probe in die einzelnen Geräte durch Zerteilenden ganzen Weg durch die obere Schicht der Dicing-Band und die GaAs / AlGaAs Wafer ohne Durchschneiden der unteren Schicht der Dicing-Band. </li><li> Entfernen Sie die Dicing-Band und der Schutzschicht, indem die Probe in Aceton für einige Minuten widerstehen. Mit einer Pinzette vorsichtig abziehen Stücke Zerteilungsbands, die nicht auf eigene Faust tun zu heben. Spülen Sie die Geräte in IPA und föhnen mit einem N 2 gun. </li></ol>

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Lett. 108, 046807 (2012).</li><li>Pioro-Ladri&#232;re, M., Tokyra, Y., Obata, T., Kubo, T., Tarucha, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromagnets+for+coherent+control+of+spin-charge+qubit+in+lateral+quantum+dots.">Micromagnets for coherent control of spin-charge qubit in lateral quantum dots.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (2), 024105 (2007).</li></ol>

Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die oben vorgestellten Verfahren beschreibt die Herstellung Protokoll einer doppelten Quantenpunkt in der Lage, die wenigen Elektronen-Regime zu erreichen. Jedoch können die angegebenen Parameter variieren je nach Modell und Kalibrierung der Geräte verwendet. Daher werden Parameter wie die Dosen für Belichtungen während der E-Strahl und Photolithographieschritte müssen vor der Herstellung von Vorrichtungen kalibriert werden. Das Verfahren kann leicht auf die Herstellung angepasst werden Gate-definierte Quantenpunkt...

Quantum Informatik hat eine Menge Aufmerksamkeit auf sich gezogen, seitdem es wurde gezeigt, dass Quanten-Algorithmen verwendet werden, um bestimmte Probleme exponentiell schneller als mit den besten bekannten klassischen Algorithmen 1 lösen. Ein offensichtlicher Kandidat für einen Quanten-Bit (Qubit) ist der Spin der einzelnen Elektronen in einem Quantenpunkt beschränkt, da es ein Zwei-Niveau-System ist. Zahlreiche Architekturen für die Durchführung von Quantenpunkten, einschließlich Halbleiter-Nanodrähte 2, 3 Kohlenstoff-Nanoröhren, selbstorganisierten Quantenpunkte 4 und 5 Halbleiter vertikalen und lateralen Quantenpunkte 6 vorgeschlagen. Tor-definierten seitlichen Quantenpunkte in GaAs / AlGaAs Heterostrukturen sehr erfolgreich gewesen wegen ihrer Vielseitigkeit und ihrer Herstellungsverfahren ist der Schwerpunkt dieser Arbeit. In seitlichen Quantenpunkte der Einschluss von Elektronen in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Probe (z-Richtung) is durch die Wahl der richtigen Substrat erreicht. Die GaAs / AlGaAs Modulations-dotierten Heterostruktur zeigt ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) beschränkt sich auf die Grenzfläche zwischen den AlGaAs und GaAs-Schichten. Diese Proben werden durch Molekularstrahlepitaxie, um eine niedrige Störstellendichte, die mit der Modulation-Doping-Technik kombiniert zu erhalten, führt zu einer hohen Elektronenbeweglichkeit in dem 2DEG. Eine schematische Darstellung der einzelnen Schichten der Heterostruktur sowie deren Bandstruktur sind in Abbildung 1 dargestellt. Ein hoher Elektronenbeweglichkeit in dem 2DEG zur Sicherstellung der Kohärenz von elektronischen Zuständen über die gesamte Oberfläche der Quantenpunkt gewährleisten. Das Substrat für die Herstellung nachfolgend beschriebene Verfahren verwendet wurde vom National Research Council of Canada erworben und stellt eine Elektronendichte von 2,2 x 10 11 cm -2 und einer Elektronenmobilität von 1,69 x 10 6 cm 2 / Vs. Der Einschluss der Elektronen in der Richtung parallel zu der Probenoberfläche ist, indem metallischen Elektroden auf der Oberfläche des Substrats erreicht. Wenn diese Elektroden auf der Oberfläche der GaAs-Probe abgeschieden werden Schottky-Barrieren 7 gebildet. Negative Spannungen, die an solchen Elektroden führen zu lokalen Barrieren im 2DEG unter denen nur Elektronen mit ausreichender Energie zu überqueren. Abbau der 2DEGs auftritt, wenn die angelegte Spannung negativ ist genug, dass keine Elektronen genügend Energie, um die Schranke zu überqueren. Daher ist es durch sorgfältige Auswahl der Geometrie der Elektroden ist es möglich, eine kleine Anzahl von Elektronen zwischen abgereichertem Bereiche der Probe abzufangen. Die Steuerung der Anzahl der Elektronen auf den Punkt sowie die Tunnel-Energie zwischen dem Punkt und dem 2DEG in dem Rest der Probe kann durch Feinabstimmung der Spannungen an den Elektroden erreicht werden. Eine schematische Darstellung der Gate-Elektroden und die abgereichertes Elektronengases in Abbildung 2 dargestellt. Der Entwurf für den Gate-Strukturen bilden den Punkt ist inInspiriert durch die Gestaltung von Barthel et al. 8 Zur Steuerung und Auslesen Informationen über die Anzahl der Elektronen auf den Punkt, ist es sinnvoll zu induzieren und messen Strom durch den Punkt. Auslesen können auch durch die Verwendung eines Quantum-Point Contact (QV), das erfordert auch ein Strom durch die 2DEG erfolgen. Der Kontakt zwischen den 2DEGs und Spannungsquellen durch ohmsche Kontakte gewährleistet. Dies sind die metallischen Pads, die von der Oberfläche der Probe hin diffundiert werden bis auf die Verwendung eines Standard-2DEGs schnellen thermischen Ausheizprozesses 7 (siehe Fig. 3a und 4b). Um Kurzschlüsse zwischen dem Source und dem Drain vermeiden, wird die Oberfläche der Probe, so dass die 2DEG in bestimmten Regionen aufgestockt und der Strom gezwungen, durch bestimmte Kanäle zu reisen (siehe Fig. 3b und 4a) geätzt. Der Bereich, wo die 2DEGs bleibt, wird als &quot;Mesa&quot; bezeichnet. Das folgende Protokoll Details der gesamte Herstellungsprozess eines Gate-definierten seitlichen Quantenpunkt auf einem GaAs / AlGaAs Substrat. Das Verfahren ist skalierbar, da sie die gleiche bleibt unabhängig davon, ob das Gerät, das hergestellt wird ist ein Einzel-, Doppel-oder Dreifach-Quantenpunkt oder sogar eine Reihe von Quantenpunkten. Manipulation, Messung und Ergebnisse für Doppel-Quantenpunkte hergestellt unter Verwendung dieses Verfahrens sind in weiteren Abschnitten besprochen.

<table border="1">
		<tbody>
 <tr>
 <td>Name of the reagent/material</td>
 <td>Company</td>
 <td>Product number</td>
 <td>CAS number</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Acetone - CH3COCH3</td>
 <td>Anachemia</td>
 <td>AC-0150</td>
 <td>67-64-1</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Isopropyl Alcohol (IPA) - (CH3)2CHOH</td>
 <td>Anachemia</td>
 <td>AC-7830</td>
 <td>67-63-0</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>1165 Remover</td>
 <td>MicroChem Corp</td>
 <td>G050200</td>
 <td>872-50-4</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Microposit MF-319 Developer</td>
 <td>Shipley</td>
 <td>38460</td>
 <td>75-59-2</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sulfuric Acid - H2SO4</td>
 <td>Anachemia</td>
 <td>AC-8750</td>
 <td>766-93-9</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Hydrogen Peroxide (30%) - H2O2</td>
 <td>Fisher Scientific</td>
 <td></td>
 <td>7722-84-1</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>LOR 5A Lift-off resist</td>
 <td>MicroChem Corp</td>
 <td>G516608</td>
 <td>120-92-3</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Microposit S1813 Photo Resist</td>
 <td>Shipley</td>
 <td>41280</td>
 <td>108-65-6</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Microposit S1818 Photo Resist</td>
 <td>Shipley</td>
 <td>41340</td>
 <td>108-65-6</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PMMA LMW 4% in anisole</td>
 <td>MicroChem Corp</td>
 <td></td>
 <td>100-66-3, 9011-14-7</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PMMA HMW 2% in anisole</td>
 <td>MicroChem Corp</td>
 <td></td>
 <td>100-66-3, 9011-14-7</td>
 </tr>
 <tr>
 <td >GaAs/AlGaAs wafer</td>
 <td>National Research Council Canada</td>
 <td>See detailed layer structure in Figure 1.</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ni (99.0%)</td>
 <td>Anachemia</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ge (99.999%)</td>
 <td>CERAC inc. </td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Au (99.999%)</td>
 <td>Kamis inc. </td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ti (99.995%)</td>
 <td>Kurt J Lesker</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Al</td>
 <td>Kamis inc.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Silver Epoxy</td>
 <td>Epoxy Technology</td>
 <td>H20E</td>
 <td></td>
 </tr>
	 </tbody>
 </table>

nanofabrication of gate-defined gaas/algaas lateral quantum dots

Ein Quantencomputer ist ein Computer von Quantenbits (Qubits), die ausnutzt Quanteneffekte wie Superposition und Verschränkung Staaten, um bestimmte Probleme zu lösen exponentiell schneller als die besten bekannten Algorithmen auf einem klassischen Computer zusammengesetzt. Gate-definierten seitlichen Quantenpunkte auf GaAs / AlGaAs sind eine von vielen Möglichkeiten zur Durchführung eines Qubits untersucht. Wenn sie richtig hergestellt ist, ist eine solche Vorrichtung in der Lage, eine kleine Anzahl von Elektronen in einem bestimmten Raumbereich abzufangen. Die Spin-Zustände dieser Elektronen können dann verwendet werden, um die logische 0 und 1 des Quanten-Bit realisieren. Angesichts der Nanometerskala dieser Quantenpunkte mit Reinraum-Spezialausrüstung wie Rasterelektronenmikroskope und e-beam-Verdampfer sind für ihre Herstellung erforderlich. Große Sorgfalt muss während des gesamten Herstellungsprozesses getroffen werden, um Sauberkeit der Probenoberfläche zu erhalten und damit eine Beschädigung der empfindlichen Toren der Struktur. Dieses Papierstellt die detaillierte Herstellung von Gate-Protokoll definierten seitlichen Quantenpunkte aus dem Wafer zu einer Arbeitsvorrichtung. Charakterisierung Methoden und repräsentative Ergebnisse sind ebenfalls kurz diskutiert. Obwohl dieses Papier konzentriert sich auf Doppel-Quantenpunkte, bleibt der Herstellungsprozess die gleichen für Einzel-oder Dreifach-Punkte oder sogar Arrays von Quantenpunkten. Darüber hinaus kann das Protokoll angepasst ist, um eine seitliche Quantenpunkte auf anderen Substraten, wie z. B. Si / SiGe herzustellen.

Einer der kritischen Schritte in dem oben beschriebenen Verfahren ist das Ätzen der Mesa (Schritt 1). Es ist wichtig, zu ätzen genug, um die 2DEGs unten zu entfernen, während die Vermeidung Überätzen. Daher empfiehlt es sich, einen Großteil GaAs Dummy Probe verwenden, um die Ätzlösung vor der Durchführung der Ätzung auf der GaAs / AlGaAs Probe testen. Die Ätzrate der GaAs / AlGaAs-Heterostruktur größer ist als die von GaAs, aber das Ätzen des Dummy einen Hinweis, ob der Lösung ist mehr oder weniger reakti...

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Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

Dieser Beitrag stellt eine detaillierte Fertigung Protokoll für Gate-Halbleiter definierten seitlichen Quantenpunkte auf Galliumarsenid Heterostrukturen. Diese nanoskaligen Geräte werden verwendet, um einige Elektronen für die Verwendung als Quantenbits in Quanten-Informationsverarbeitung oder für andere mesoskopischen Experimente wie kohärente Leitwertmessungen abzufangen.

Nanofabrication von Tor-definiert GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

nanofabrication-of-gate-defined-gaasalgaas-lateral-quantum-dots

Research

JoVE Journal

Engineering

16.0K Aufrufe.  Université de Sherbrooke. Dieser Beitrag stellt eine detaillierte Fertigung Protokoll für Gate-Halbleiter definierten seitlichen Quantenpunkte auf Galliumarsenid Heterostrukturen. Diese nanoskaligen Geräte werden verwendet, um einige Elektronen für die Verwendung als Quantenbits in Quanten-Informationsverarbeitung oder für andere mesoskopischen Experimente wie kohärente Leitwertmessungen abzufangen.

Serie: Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

Compact Quantum Dots für Einzelmolekül-Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Forschung

Ingenieurwesen

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

Gradient Echo Quantum Speicher in Warm Atomic Vapor

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

Konstruktion und Charakterisierung von External Cavity Diode Laser für die Atomphysik

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states are indeed the resources for implementing various protocols, ranging from enhanced metrology to quantum communication and computing. A variety of devices can be used to generate non-classical states, such as single emitters, light-matter interfaces or non-linear systems3. We focus here on the use of a continuous-wave optical parametric oscillator3,4. This system is based on a non-linear &#967;2 crystal inserted inside an optical cavity and it is now well-known as a very efficient source of non-classical light, such as single-mode or two-mode squeezed vacuum depending on the crystal phase matching. 
Squeezed vacuum is a Gaussian state as its quadrature distributions follow a Gaussian statistics. However, it has been shown that number of protocols require non-Gaussian states5. Generating directly such states is a difficult task and would require strong &#967;3 non-linearities. Another procedure, probabilistic but heralded, consists in using a measurement-induced non-linearity via a conditional preparation technique operated on Gaussian states. Here, we detail this generation protocol for two non-Gaussian states, the single-photon state and a superposition of coherent states, using two differently phase-matched parametric oscillators as primary resources. This technique enables achievement of a high fidelity with the targeted state and generation of the state in a well-controlled spatiotemporal mode.

We describe the reliable generation of non-Gaussian states of traveling optical fields, including single-photon states and coherent state superpositions, using a conditional preparation method operated on the non-classical light emitted by optical parametric oscillators. Type-I and type-II phase-matched oscillators are considered and common procedures, such as the required frequency filtering or the high-efficiency quantum state characterization by homodyning, are detailed.

Staatliche Ingenieur Quantum of Light mit Dauerwellen-Optische parametrische Oszillatoren

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Selektive Bereichsänderung des Siliziumoberfläche Benetzbarkeit durch gepulste UV-Laser-Bestrahlung in flüssigen Umgebung

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicium-Metall-Oxid-Halbleiter-Quantenpunkte für Einzelelektronen Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

Die Messung der Quantum Interference in einem Silizium-Ring-Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

Experimentelle Methoden für das Einfangen von Ionen mit Microfabricated Oberfläche Ionenfallen

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection

The ability to perform simultaneous resonant excitation and fluorescence detection is important for quantum optical measurements of quantum dots (QDs). Resonant excitation without fluorescence detection &#8211; for example, a differential transmission measurement &#8211; can determine some properties of the emitting system, but does not allow applications or measurements based on the emitted photons. For example, the measurement of photon correlations, observation of the Mollow triplet, and realization of single photon sources all require collection of the fluorescence. Incoherent excitation with fluorescence detection &#8211; for example, above band-gap excitation &#8211; can be used to create single photon sources, but the disturbance of the environment due to the excitation reduces the indistinguishability of the photons. Single photon sources based on QDs will have to be resonantly excited to have high photon indistinguishability, and simultaneous collection of the photons will be necessary to make use of them. We demonstrate a method to resonantly excite a single QD embedded in a planar cavity by coupling the excitation beam into this cavity from the cleaved face of the sample while collecting the fluorescence along the sample&#39;s surface normal direction. By carefully matching the excitation beam to the waveguide mode of the cavity, the excitation light can couple into the cavity and interact with the QD. The scattered photons can couple to the Fabry-Perot mode of the cavity and escape in the surface normal direction. This method allows complete freedom in the detection polarization, but the excitation polarization is restricted by the propagation direction of the excitation beam. The fluorescence from the wetting layer provides a guide to align the collection path with respect to the excitation beam. The orthogonality of the excitation and detection modes enables resonant excitation of a single QD with negligible laser scattering background.

Resonant excitation of a single self-assembled quantum dot can be achieved using an excitation mode orthogonal to the fluorescence collection mode. We demonstrate a method using the waveguide and Fabry-Perot modes of a planar microcavity surrounding the quantum dots. The method allows complete freedom in the detection polarization.

Resonanz-Fluoreszenz ein InGaAs Quantum Dot in einem planaren Hohlraum mit orthogonalen Erregung und Erkennung

The ability to perform simultaneous resonant excitation and fluorescence detection is important for quantum optical measurements of quantum dots (QDs). ...