Gli autori ringraziano Michael Lacerte per il supporto tecnico. MP-L. riconosce il Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR), le scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada (NSERC), la Fondazione canadese per l&#39;innovazione (CFI) e il Fonds de Recherche Québec - Nature et Technologies (FRQNT) per il sostegno finanziario. Il dispositivo qui presentato è stato fabbricato a CRN2 e IMDQ impianti, finanziati in parte dalla NanoQuébec. Le GaAs / AlGaAs substrato è stato fabbricato da ZR Wasilewski presso l&#39;Istituto di Scienze microstrutturali presso il National Research Council Canada. JCL e CB-O. riconoscere CRSNG e FRQNT per il sostegno finanziario.

Il processo di fabbricazione descritto di seguito viene fatto su un substrato di GaAs / AlGaAs con dimensioni di 1,04 x 1,04 cm. Venti dispositivi identici sono fabbricati su un substrato di queste dimensioni. Tutte le fasi del processo sono fatte in una camera bianca e la protezione del caso devono essere utilizzati in ogni momento. Acqua deionizzata è utilizzato in tutto il processo, ma viene semplicemente indicato come nel protocollo di seguito &quot;l&#39;acqua&quot;. 1. Acquaforte della Mesa Il risultato di questa fase fabbricazione è mostrata in Figura 4a. <ol><li> Posizionare il campione in una Asher plasma con O 2 plasma a 75 W per 2 minuti per rimuovere eventuali tracce di composti indesiderati resistere o organico. </li><li> Pulire il campione in un bagno sonico con acetone (2x) e IPA per 5 minuti ciascuno. Blow-secco con un N 2 pistola compressa. In tutto il protocollo di fabbricazione, quando si usa un bagno di sonic, evitare l&#39;uso di elevate potenze per evitare di danneggiare il wafer di GaAsche ha la tendenza a fendere. </li><li> Cuocere il campione in un forno a 125 ° C per almeno 15 minuti per disidratare la superficie. La disidratazione può essere ottenuto posizionando il campione su una piastra calda a 180 ° C per almeno 5 min. </li><li> Centrifugare il campione con cappotto Shipley S1818 fotoresist a 3.500 rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda a 115 ° C per 60 sec. Il risultante strato di resist dovrebbe essere di circa 2,5 micron di spessore. S1818 viene usato perché è spessa ed è influenzata molto poco dalla soluzione utilizzata nel passaggio da 1.11 a etch substrato. Durante tutto il processo di fabbricazione, è importante evitare sovracottura photoresist ed e-beam resistere a garantire una facile rimozione nei passaggi successivi. </li><li> Utilizzare un allineatore maschera fotolitografica ed un bordo tallone maschera per esporre il resist sul bordo esterno del campione. Il tallone maschera di bordo è composto da un x 1 cm quadrato 1 cromato su una lastra di vetro. Usare la luce con una lunghezza d&#39;onda di 436 nm ed esporre il resist per 10 sec a 15m W / cm 2. Il wavelength e potenza sono fissi e possono variare a seconda della macchina utilizzata. Regolare i tempi di esposizione e di sviluppo per ottenere caratteristiche ben definite delle dimensioni appropriate. </li><li> Sviluppare esposto resistere immergendo il campione in MF-319 per 2 min 10 sec. Agitare lentamente durante questa fase. Sciacquare in acqua per 15 secondi e asciugare con un N 2 pistola compressa. Il bordo tallone deve essere rimosso al termine di questa fase, lasciando una superficie x 1 cm 1 con uno spessore uniforme di resistere al centro del campione. Il bordo tallone è rimosso prima di esporre la maschera mesa di ottenere un migliore contatto tra la maschera e il campione, il che porta a risultati migliori. </li><li> Sempre con la maschera allineatore fotolitografica, esporre la resistenza utilizzando la maschera mesa e 436 nm di luce per 7 secondi a 15 mW / cm 2. </li><li> Sviluppare il resist esposto immergendo il campione in MF-319 per 2 min e 10 sec agitando lentamente. Sciacquare per 15 secondi in acqua e asciugare con un N 2 pistola compressa. La resistere remaining sul campione ha ora la forma della mesa. La resistenza sarà proteggere questa regione del campione di essere incise via nei passaggi che seguono. </li><li> Per rimuovere tutte le tracce di resistere nella zona precedentemente esposta, il campione viene posto in una Asher plasma ed è esposto ad una O 2 plasma per 1 min a 75 W. </li><li> Una soluzione di H 2 SO 4: H 2 O 2: H 2 O (05:01:55) è usato per incidere il campione. Combinare le dovute proporzioni di H 2 O 2 e acqua e poi aggiungere l&#39;H 2 SO 4. Questa soluzione è molto reattivo quando viene dapprima preparata. Attendere 20 minuti prima di procedere al passo successivo per evitare overetching. </li><li> Etch il campione immergendolo in soluzione acida per alcuni secondi e subito risciacquo in acqua per 30 sec per arrestare la reazione. La superficie del campione deve essere inciso passato lo strato di Si droganti e quasi tutto il percorso fino alla 2DEG garantire deplezione in queste regioni (SEe Figure 1). La profondità etch può variare a seconda del substrato. Generalmente, per il tipo di substrato usato, un 34 sec immersione conduce alla profondità desiderata etch di 90-100 nm. Tuttavia, è importante non overetch per evitare di danneggiare il 2DEG. Poiché la velocità di incisione varia fortemente con il rapporto di H 2 SO 4 e H 2 O 2 nella soluzione e con il tempo di attesa prima della etch, si raccomanda di eseguire l&#39;incisione da diverse immersioni di 5-10 sec, invece di un singolo 34 sec etch, e misurare la profondità inciso con un profilometro dopo ogni etch. La velocità di incisione relativamente lento di questa soluzione consente un buon controllo della profondità etch. Il raffreddamento della soluzione di attacco sotto della temperatura ambiente può portare ad abbassare i tassi di etch. Tuttavia, poiché è una etch superficiale e il profilo etch è irrilevante, etching soluzioni differenti possono anche essere utilizzati. </li><li> Striscia il resistere immergendo il campione nel 1165 Remover a 65 ° C per 3 ore. Risciacquarein acetone e IPA per 5 minuti ciascuno. Misurare il profilo etch con un profilometro. </li></ol> 2. Realizzazione dei contatti ohmici Il risultato di questa fase fabbricazione è mostrato in Figura 4b. <ol><li> Pulire il campione in un bagno sonico per immersione in acetone (2x) e IPA per 5 minuti ciascuno. Asciugare con un N 2 pistola compressa. </li><li> Cuocere il campione in un forno a 125 ° C per 15 min per disidratare la superficie. </li><li> Spin cappotto con LOR5A a 2.500 rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda a 150 ° C per 10 min. Poi, girare cappotto con S1813 a 5000 rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda a 110 ° C per 60 sec. La risultante spessori di resist sono ~ 600 nm e ~ 1,3 micron, rispettivamente. Due strati di resistere sono utilizzati per facilitare il lift-off del metallo che sarà depositato nel passo 2.10. </li><li> Utilizzando un allineatore maschera fotolitografica e il bordo tallone maschera, esporre il resistere sul ndr esternoge del campione con 436 nm di luce per 10 sec a 15 mW / cm 2. </li><li> Sviluppare il resist esposto immergendo il campione in MF-319 per 2 min 10 sec agitando uniformemente. Sciacquare in acqua per 15 secondi e asciugare con un N 2 pistola compressa. </li><li> Sempre con la allineatore maschera fotolitografica, ma questa volta con la maschera di contatto ohmico, allineate i profili per i contatti ohmici sul inciso mesa. Esporre con 436 nm di luce per 6 sec a 15 mW / cm 2. </li><li> Sviluppare la resistenza a MF-319 per 2 min 10 sec agitando dolcemente. Sciacquare in acqua per 15 secondi e asciugare con un N 2 pistola compressa. Non c&#39;è più resistere nelle regioni in cui saranno depositati i contatti ohmici. Lo sviluppatore scioglie la 5A LOR più veloce della S1813, lasciando un sottosquadro sotto lo strato superiore di resistere. Questo profilo nel resistere impedisce il metallo (che verrà depositato nel passo 2.10) da formare pareti ai bordi del resistere e consentirà anche un facile removal del restante resist e metallo indesiderabile. </li><li> Per rimuovere tutte le tracce di resistere nella zona precedentemente esposte, porre il campione in una Asher plasma ed esporlo a un O 2 plasma per 1 min a 75 W. È importante non lasciare che il campione di sedersi per troppo tempo nel plasma perché circa 75 nm / min di resist viene attaccato durante questa fase. </li><li> Rimuovere l&#39;ossido nativo GaAs immergendo il campione in una soluzione di H 2 SO 4: H 2 O (1,5) per 30 sec e risciacquo in acqua per 30 secondi. Asciugare con un N 2 pistola compressa. Passo 2.10 deve essere eseguita appena possibile impedire l&#39;ossido nativo di riapparire. </li><li> Utilizzare un evaporatore a fascio elettronico per depositare 25 nm di Ni, 55 Nm di Ge, e 80 nm di Au. I tassi di deposizione sono rispettivamente di 0.2 nm / sec, 0,5 nm / sec e 0,5 nm / sec. I tassi di deposizione sono scelte in modo che il tempo di evaporazione è sufficientemente breve da evitare riscaldamento della camera senza essere così breve da perdere la precisione dello spessore tha depositato strato. Il doppio strato di Ge e Au può essere sostituito da un unico strato di GeAu eutettico se è disponibile 9. </li><li> Il passaggio precedente metallo depositato sull&#39;intera superficie del campione. Rimozione del metallo che si deposita sulla resistere è fatto sciogliendo quest&#39;ultimo. Per fare questo, immergere il campione nel 1165 Remover a 65 ° C per 3 ore. Per rimuovere qualsiasi metallo indesiderato che potrebbe non essere sollevato da sola, utilizzare una pipetta per spruzzare leggermente la superficie del campione con rimozione caldo. Lavare il campione in acetone e IPA per 5 minuti ciascuno. </li><li> Un rapido processo di ricottura termica a gas di formatura è utilizzato per diffondere il metallo depositato giù al 2DEG del campione. La temperatura viene aumentata ad una velocità di 50 ° C ° fino a raggiungere una temperatura di 415 C / sec. Il campione viene lasciato a questa temperatura per 20 sec e viene raffreddata poi rapidamente. La durata e la temperatura della ricottura sono scelti per avere la più piccola resistenza attraverso i contatti ohmici a bassatemperatura. Il tempo di ricottura ottimale può variare a seconda della profondità del 2DEG nel substrato. </li></ol> 3. Realizzazione della Ti / Au Schottky Leads Il risultato di questa fase fabbricazione è mostrato in figura 4c. <ol><li> Pulire il campione in un bagno sonico per immersione in acetone (2x) e IPA per 5 minuti ciascuno. Asciugare con un N 2 pistola compressa. </li><li> Cuocere il campione in un forno a 125 ° C per 15 min per disidratare la superficie. </li><li> Spin cappotto PMMALMW4% a 5000rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda a 180 ° C per 90 sec. Poi, girare cappotto PMMA HMW 2% a 5.000 rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda a 180 ° C per 90 sec. La risultante spessori di resistere sono ~ 75 nm e ~ 40 nm, rispettivamente. Poiché i cavi Ti / Au saranno molto sottile, un singolo strato di PMMA può essere utilizzato, ma parametri filatura, esposizione e sviluppo sarà necessario regolare di conseguenza. Questo commento vale anche per tAl egli porta e cancelli (fase 4). </li><li> Processo di e-beam: Questa parte del processo è altamente dipendente dalla apparecchiature usate e del protocollo necessaria può quindi variare notevolmente da quella descritta di seguito. I modelli per i conduttori sono disegnati in un file CAD. In questo file, i conduttori devono essere redatti come poligoni chiusi, largo 2 micron. Sono necessari i cavi di contattare le piazzole di connessione (fabbricato in fase 5) al Al cancelli (fabbricato in fase 4). Quattro segni di allineamento devono essere esposti per consentire l&#39;allineamento verticale, orizzontale e di rotazione dei conduttori di Al e cancelli sul Ti / Au Schottky porta. <ol><li> Porre il campione in un microscopio elettronico a scansione (SEM) che è dotata di fare litografia a fascio. Utilizzare un&#39;apertura di 10 micron per ridurre la dimensione del punto del fascio e impostare la tensione di accelerazione di 10 kV per garantire un buon contrasto durante l&#39;allineamento sulle strutture precedentemente fabbricate. Regolare la messa a fuoco, stigmatism, e l&#39;allineamento di apertura.Misurare la corrente con una tazza di Faraday fascio. </li><li> Allineare la trave con la mesa precedentemente inciso e impostare l&#39;ingrandimento a 300X. </li><li> Esporre i conduttori. Il SEM è programmato per esporre le aree desiderate di riempimento d&#39;una matrice di punti esposti. La distanza tra questi punti (distanza da centro a centro) è di 5,5 nm e la dose è di 43 uC / cm 2 (il tempo di esposizione dipenderà dalla corrente del fascio misurato al punto 3.5.1). Esporre segni di allineamento, nonché per consentire l&#39;allineamento del Al cancelli con conduttori Ti / Au nel passaggio 4. </li><li> Ripetere i punti 3.5.2 e 3.5.3 per ciascuna delle 20 dispositivi sul campione. </li></ol></li><li> Sviluppare l&#39;resistere immergendo il campione in IPA: H 2 O (9,1) per 30 sec. La soluzione deve essere ad una temperatura di 20 ° C. Sciacquare in acqua per 30 secondi e asciugare con un N 2 pistola compressa. Se preferito, il PMMA resist può essere sviluppato utilizzando una IPA: soluzione di MIBK e risciacquo in IPA per arrestare la reazione. Un diverso dCi vorrà del tempo viluppo se si sceglie questa opzione. </li><li> Posizionare il campione in una Asher plasma ed esporlo a un plasma 2 O per 4 sec a 50 W. Questo rimuove 5 nm di resistere e assicura che non vi è alcun resistere a sinistra al fondo delle trincee formati durante il processo di e-beam. </li><li> Rimuovere l&#39;ossido nativo GaAs immergendo il campione in una soluzione di H 2 SO 4: H 2 O (1,5) per 30 sec e risciacquo in acqua per 30 secondi. Asciugare con un N 2 pistola compressa. Passo 3.8 deve essere eseguita appena possibile impedire l&#39;ossido nativo di riapparire. </li><li> Porre il campione in un evaporatore e deposito e-beam 10 nm di Ti e 20 nm di Au, sia ad una velocità di 0.1 nm / sec. E &#39;importante per il supporto del campione ben fondato e collocato almeno 60 cm di distanza dalla sorgente per impedire l&#39;accumulo di cariche sul campione durante il processo di deposizione. </li><li> Lift-off eccesso di metallo immergendo il campione nel 1165 Remover a 65 °C per 15 min. Per rimuovere qualsiasi metallo indesiderato che potrebbe non essere sollevato da sola, utilizzare una pipetta per spruzzare leggermente la superficie del campione con rimozione caldo. Sciacquare in acetone e IPA per 5 minuti ciascuno. </li></ol> 4. Realizzazione della Schottky Piombi e Porte Al Il risultato di questa fase fabbricazione è mostrato in Figura 4d. Fabbricazione del Al Schottky conduce e cancelli costituisce la fase più critica del processo di fabbricazione in quanto queste sono le porte che definiscono il puntino. E &#39;importante che il fascio di elettroni essere ben focalizzata e la corrente di fascio ben regolato nel passo 4.2. L&#39;esposizione e tempi di sviluppo devono essere ben regolati per ottenere piccoli, cancelli continue e ben definite. In molti protocolli, queste porte e cavi sono fabbricati in Ti / Au e sono esposti simultaneamente con i conduttori precedente durante la fase 3. Tuttavia, un vantaggio di usare Al è che può essere ossidato, therefminerale consentendo elementi come top cancelli ad essere depositati direttamente sulla superficie del campione, senza la necessità di un grande strato isolante 10. <ol><li> Ripetere i punti da 3.1 a 3.4.2. Tuttavia, non utilizzare il bagno sonoro durante la pulizia del campione per evitare di danneggiare i cavi di Ti / Au. </li><li> Processo di e-beam: I modelli per l&#39;Al lead ei cancelli sono disegnati in un file CAD. L&#39;Al cavi sono utilizzati per contattare il Ti / Au porta alla Al cancelli e sono disegnati con poligoni chiusi con una larghezza di 200 nm. L&#39;Al cancelli, tuttavia, non sono disegnate come poligoni, ma piuttosto come due singole linee separate da 20 nm. <ol><li> Una volta che il fascio è stato allineato con la mesa, impostare l&#39;ingrandimento a 1500 X e allineare il raggio laser con il Ti / Au Schottky porta. </li><li> Esporre i conduttori. Utilizzare una dose di 43 uC / cm 2 ed una distanza da centro a centro di 3,3 nm. </li><li> Esporre i cancelli. Utilizzare una dose linea di 0.149 NC / cm e una distanza da centro a centro di 1,1 nm. Questo porterà a unaampiezza di porta finale di 60 nm. </li><li> Ripetere i punti 4.2.1 - 4.2.3 per ciascuna delle 20 dispositivi sul campione. </li></ol></li><li> Ripetere i passaggi 3,5-3,7. </li><li> Porre il campione in un evaporatore e deposito e-beam 30 nm di Al ad una velocità di 0.3 nm / sec. </li><li> Ripetere il punto 3.10. È importante essere molto delicato con il campione da questa fase in poi per non danneggiare i piccoli cancelli al. </li></ol> 5. Fabbricazione dei cavi Schottky e piazzole di connessione Il risultato di questa fase fabbricazione è mostrato in Figura 4e. <ol><li> Ripetere i passaggi 2,1-2,9, utilizzando una maschera fotolitografica per la Schottky conduce invece della maschera per le pastiglie ohmiche. </li><li> Trasferire il campione in un evaporatore e di deposito e-beam 30 nm di Ti e 350 nm di Au a tassi del 0,3 nm / sec e 1 nm / sec rispettivamente. Spesso strato di Au depositato facilita incollaggio del campione al supporto del campione perché è meno incline a strappo dalle thistrati NNER. </li><li> Lift-off il metallo in eccesso e rimanendo resistono immergendo il campione nel 1165 Remover a 65 ° C per 3 ore. Per rimuovere qualsiasi metallo indesiderato che potrebbe non essere sollevato da sola, utilizzare una pipetta per spruzzare leggermente la superficie del campione con rimozione caldo. Lavare il campione in acetone e IPA per 5 minuti ciascuno. </li></ol> 6. Dicing dei Campioni <ol><li> Cuocere il campione in un forno a 125 ° C per 15 min per disidratare la superficie. </li><li> Spin cappotto con S1818 a 3.500 rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda a 115 ° C per 1 min. Lo spessore di questo strato di resist è irrilevante fintanto che è sufficientemente spesso per proteggere la superficie del campione durante cubettatura. </li><li> Mettere uno strato di dadi nastro sulle facce superiore e inferiore del campione. Lo strato di nastro sulla faccia superiore offre un ulteriore livello di protezione al dispositivo durante cubettatura. </li><li> Mettere il campione a faccia in su in un dicer. Tagliare il campione in singoli dispositivi da taglio a cubettitutto il percorso attraverso la parte superiore strato di nastro a cubetti e le GaAs / AlGaAs wafer senza tagliare attraverso lo strato inferiore di dadi nastro. </li><li> Rimuovere il nastro protettivo cubettatura e il resist ponendo il campione in acetone per alcuni minuti. Utilizzare le pinzette per tirare delicatamente fuori pezzi di nastro a dadi che non sollevano da soli. Sciacquare i dispositivi in IPA e asciugare con un N 2 pistola. </li></ol>

<ol>
	<li>Shor, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polynomial-time+algorithms+for+prime+factorization+and+discrete+logarithms+on+a+quantum+computer.">Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer.</a> SIAM J. Sci. Comput. 26 (5), 1484-1509 (1997).</li><li>Bj&#246;rk, M. T., Thelander, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Few-Electron+Quantum+Dots+in+Nanowires.">Few-Electron Quantum Dots in Nanowires.</a> Nano Lett. 4 (9), 1621-1625 (2004).</li><li>Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotubes+as+Molecular+Quantum+Wires.">Carbon Nanotubes as Molecular Quantum Wires.</a> Phys. Today. 52 (5), 22-28 (1999).</li><li>Klein, D. L., McEuen, P. L., Bown Katari, J. E., Roth, R., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Approach+to+Electrical+Studies+of+Single+Nanocrystals.">An Approach to Electrical Studies of Single Nanocrystals.</a> Appl. Phys. Lett. 68 (18), 2574-2576 (1996).</li><li>Kouwenhoven, L. P., Oosterkamp, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitation+Spectra+in+Circular+Few-Electron+Quantum+Dots.">Excitation Spectra in Circular Few-Electron Quantum Dots.</a> Science. 278 (5344), 1788-1792 (1997).</li><li>Ciorga, M., Sachrajda, A. S. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Addition+Spectrum+of+a+Lateral+Dot+from+Coulomb+and+Spin-Blockade+Spectroscopy.">Addition Spectrum of a Lateral Dot from Coulomb and Spin-Blockade Spectroscopy.</a> Phys. Rev. B. 61 (24), R16315-R16318 (2000).</li><li>Baca, A. G., Ashby, C. I. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fabrication of GaAs Devices. , 350 (2005).</li><li>Barthel, C., Reilly, D. J., Marcus, C. M., Hanson, M. P., Gossard, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Single-Shot+Measurement+of+a+Singlet-Triplet+Qubit.">Rapid Single-Shot Measurement of a Singlet-Triplet Qubit.</a> Phys. Rev. Lett. 103 (16), 160503 (2009).</li><li>S, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Survey+of+Ohmic+Contacts+to+III-V+Compound+Semiconductors.">A Survey of Ohmic Contacts to III-V Compound Semiconductors.</a> Thin Solid Films. 308, 599-606 (1997).</li><li>Lim, W. H., Huebl, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatically+Defined+Few-Electron+Double+Quantum+Dot+in+Silicon.">Electrostatically Defined Few-Electron Double Quantum Dot in Silicon.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (17), 173502 (2009).</li><li>Elzerman, J. M., Hanson, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Few-Electron+Quantum+Dot+Circuit+with+Integrated+Charge+Read+Out.">Few-Electron Quantum Dot Circuit with Integrated Charge Read Out.</a> Phys. Rev. B. 67 (16), 161308 (2003).</li><li>Johnson, A. C., Petta, J. R., Marcus, C. M., Hanson, M. P., Gossard, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Singlet-Triplet+Spin+Blockade+and+Charge+Sensing+in+a+Few-Electron+Double+Quantum+Dot.">Singlet-Triplet Spin Blockade and Charge Sensing in a Few-Electron Double Quantum Dot.</a> Phys. Rev. B. 72 (16), 165308 (2005).</li><li>Hanson, R., Kouwenhoven, L. P., Petta, J. R., Tarucha, S., Vandersypen, L. M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spins+in+Few-Electron+Quantum+Dots.">Spins in Few-Electron Quantum Dots.</a> Rev. Mod. Phys. 79 (4), 1217-1265 (2007).</li><li>Long, A. R., Pioro-Ladri&#232;re, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Origin+of+Switching+Noise+in+GaAs/AlGaAs+Lateral+Gated+Devices.">The Origin of Switching Noise in GaAs/AlGaAs Lateral Gated Devices.</a> Physica E Low Dimens. Syst. Nanostruct. 34 (1-2), 553-556 (2006).</li><li>Koppens, F. H. L., Buizert, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Driven+Coherent+Oscillations+of+a+Single+Electron+Spin+in+a+Quantum+Dot.">Driven Coherent Oscillations of a Single Electron Spin in a Quantum Dot.</a> Nature. 442 (7104), 766-771 (2006).</li><li>Foletti, S., Bluhm, H., Mahalu, D., Umansky, V., Yakobi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+Quantum+Control+of+Two-Electron+Spin+Quantum+Bits+Using+Dynamic+Nuclear+Polarization.">Universal Quantum Control of Two-Electron Spin Quantum Bits Using Dynamic Nuclear Polarization.</a> Nat. Phys. 5 (12), 903-908 (2009).</li><li>Petta, J. R., Lu, H., Gossard, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Coherent+Beam+Splitter+for+Electronic+Spin+States.">A Coherent Beam Splitter for Electronic Spin States.</a> Science. 327 (5966), 669-672 (2010).</li><li>Shulman, M. D., Dial, O. E., Harvey, S. P., Bluhm, H., Umansky, V., Yacoby, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+Entanglement+of+Electrostatically+Coupled+Singlet-Triplet+Qubits.">Demonstration of Entanglement of Electrostatically Coupled Singlet-Triplet Qubits.</a> Science. 336 (6078), 202-205 (2012).</li><li>Khaetskii, A. V., Loss, D., Glazman, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+Spin+Decoherence+in+Quantum+Dots+Due+to+Interaction+with+Nuclei.">Electron Spin Decoherence in Quantum Dots Due to Interaction with Nuclei.</a> Phys. Rev. Lett. 88 (18), 186802 (2002).</li><li>Sakr, M. R., Jiang, H. W., Yablonovitch, E., Croke, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+characterization+of+electrostatic+Si/SiGe+Quantum+Dots+with+an+Integrated+Read-Out+Channel.">Fabrication and characterization of electrostatic Si/SiGe Quantum Dots with an Integrated Read-Out Channel.</a> Appl. Phys. Lett. 87 (22), 223104 (2005).</li><li>Liu, X. L., Hug, D., Vandersypen, L. M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gate-Defined+Graphene+Double+Quantum+Dot+and+Excited+State+Spectroscopy.">Gate-Defined Graphene Double Quantum Dot and Excited State Spectroscopy.</a> Nano Lett. 10 (5), 1623-1627 (2010).</li><li>Frey, T., Leek, P. J., Beck, M., Blais, A., Ihn, T., Ensslin, K., Wallraff, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dipole+Coupling+of+a+Double+Quantum+Dot+to+a+Microwave+Resonator.">Dipole Coupling of a Double Quantum Dot to a Microwave Resonator.</a> Phys. Rev. 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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il processo sopra riportato descrive il protocollo fabbricazione di un doppio punto quantico in grado di raggiungere il regime pochi elettroni. Tuttavia, i parametri indicati possono variare a seconda del modello e taratura delle apparecchiature utilizzate. Pertanto, parametri quali le dosi per esposizioni durante le fasi di e-beam e fotolitografia dovranno essere calibrato prima della fabbricazione dei dispositivi. Il processo può essere facilmente adattato alla fabbricazione di gate-definita punti quantici su altri t...

Scienza dell&#39;informazione quantistica ha attirato molta attenzione da quando è stato dimostrato che gli algoritmi quantistici possono essere utilizzati per risolvere alcuni problemi esponenzialmente più veloce che con i più noti algoritmi classici 1. Un candidato naturale per un bit quantistico (qubit) è lo spin del singolo elettrone confinato in un punto quantico poiché è un sistema a due livelli. Numerose le architetture sono state proposte per l&#39;attuazione di punti quantici, tra nanofili semiconduttori 2, nanotubi di carbonio 3, punti quantici auto-assemblati 4 e semiconduttori verticali 5 e punti quantici laterali 6. Quantum dots laterali Porta-definiti in GaAs / AlGaAs eterostrutture hanno avuto molto successo a causa della loro versatilità e il loro processo di fabbricazione è al centro di questo lavoro. In punti quantici laterali, il confinamento degli elettroni nella direzione perpendicolare alla superficie del campione (direzione z) is ottenuta scegliendo il corretto substrato. La modulazione eterostruttura-drogato GaAs / AlGaAs presenta un gas bidimensionale di elettroni (2DEG) confinato l&#39;interfaccia tra le AlGaAs e gli strati GaAs. Questi campioni sono coltivate da epitassia a fascio molecolare per ottenere una bassa densità di impurità che, combinato con la tecnica di modulazione-doping, porta ad elevata mobilità di elettroni nella 2DEG. Una schematica dei diversi strati della eterostruttura nonché la sua struttura a bande sono mostrati in Figura 1. Una elevata mobilità degli elettroni è necessaria nel 2DEG per assicurare la coerenza di stati elettronici su tutta la superficie del punto quantico. Il substrato utilizzato per il processo di fabbricazione descritto di seguito è stato acquistato presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche del Canada e presenta una densità elettronica di 2,2 x 10 11 cm -2 e una mobilità degli elettroni di 1,69 x 10 6 centimetri 2 / Vsec. Il confinamento degli elettroni nella direzione parallel alla superficie del campione si ottiene posizionando elettrodi metallici sulla superficie del substrato. Quando questi elettrodi sono depositati sulla superficie del campione di GaAs, barriere Schottky sono formate 7. Tensioni negative applicate a tali elettrodi portano a barriere locali nel 2DEG di sotto del quale solo gli elettroni con energia sufficiente possono attraversare. Deplezione del 2DEG si verifica quando la tensione applicata è sufficientemente negativo che nessuna elettroni hanno energia sufficiente per attraversare la barriera. Pertanto, scegliendo accuratamente la geometria degli elettrodi, è possibile intrappolare un piccolo numero di elettroni tra regioni impoverito del campione. Controllo del numero di elettroni sulla dot nonché l&#39;energia tunnel tra il punto e il 2DEG nel resto del campione può essere ottenuto mediante affinamento delle tensioni sugli elettrodi. Uno schema di elettrodi di gate e il gas impoverito elettrone è mostrato in Figura 2. Il disegno per le strutture di gate che formano il puntino è inspired dal circuito usato da Barthel et al. 8 Di controllare e leggere informazioni riguardanti il ​​numero di elettroni sulla dot, è utile per indurre e misurare la corrente attraverso il puntino. Lettura può essere effettuata anche utilizzando un Quantum Point Contact (QPC), che richiede anche una corrente attraverso il 2DEG. Il contatto tra le sorgenti 2DEG e tensione è garantita da contatti ohmici. Si tratta di pastiglie metalliche che si diffondono dalla superficie del campione fino in fondo alla 2DEG utilizzando un rapido processo di ricottura termica di serie 7 (vedi figure 3a e 4 ter). Per evitare cortocircuiti tra la sorgente e lo scarico, la superficie del campione è inciso in modo che il 2DEG è impoverito in certe regioni e la corrente è costretto a viaggiare attraverso certi canali specifici (vedere figure 3b e 4a). La regione dove il 2DEG rimane viene denominato &quot;mesa&quot;. I seguenti dettagli di protocollo l&#39;intero processo di fabbricazione di un cancello definito quantum dot laterale su un GaAs / AlGaAs substrato. Il processo è scalabile in quanto rimane lo stesso indipendentemente se il dispositivo viene fabbricato è una singola, doppia o tripla quantum dot o anche un array di punti quantici. La manipolazione, la misura e risultati doppi punti quantici fabbricati con questo metodo sono discussi in altre sezioni.

<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

Un computer quantistico è un computer composto da bit quantistici (qubit) che sfrutta effetti quantistici, come la sovrapposizione di stati e di entanglement, per risolvere alcuni problemi esponenzialmente più veloce con i migliori algoritmi conosciuti su un computer classico. Gate-definito quantum dots laterali sul GaAs / AlGaAs sono una delle molte strade esplorate per la realizzazione di un qubit. Se correttamente fabbricato, un tale dispositivo è in grado di intrappolare un piccolo numero di elettroni in una certa regione dello spazio. Gli stati di spin di questi elettroni possono poi essere utilizzati per implementare la logica 0 e 1 del bit quantistico. Data la scala nanometrica di questi punti quantici, camere bianche, offrendo attrezzature-così particolare come microscopi elettronici a scansione ed e-beam-evaporatori sono necessari per la loro fabbricazione. Grande cura deve essere presa durante il processo di fabbricazione per mantenere la pulizia della superficie del campione e per evitare di danneggiare i cancelli fragili della struttura. Questa cartapresenta il protocollo dettagliato di fabbricazione cancelli-definiti punti quantici laterali sul wafer per un dispositivo funzionante. Metodi di caratterizzazione e risultati rappresentativi sono brevemente discussi. Sebbene questo documento si concentra su punti quantici doppi, il processo di fabbricazione rimane la stessa per punti singoli o tripli o anche matrici di punti quantici. Inoltre, il protocollo può essere adattato per fabbricare punti quantici laterali su altri substrati, quali Si / SiGe.

Una delle fasi critiche del processo sopra descritto è l&#39;incisione della mesa (passaggio 1). È importante etch sufficiente per rimuovere il sottostante 2DEG evitando overetching. Pertanto, si raccomanda di usare un GaAs bulk campione fittizio di testare la soluzione di attacco prima di eseguire la etch sulle GaAs / AlGaAs campione. La velocità di incisione delle GaAs / AlGaAs eterogiunzione è maggiore di quella del GaAs, ma l&#39;incisione del manichino può dare una indicazione se la soluzione è più o meno re...

Watch this Scientific Journal Video about Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots at JoVE.com

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

Questo articolo presenta un protocollo di fabbricazione dettagliato per cancelli definiti punti quantici di semiconduttori laterali su eterostrutture di arseniuro di gallio. Questi dispositivi in ​​nanoscala sono utilizzati per intrappolare alcuni elettroni per l&#39;uso come bit quantici in elaborazione quantistica o per altri esperimenti mesoscopiche quali misure di conduttanza coerenti.

Nanofabbricazione di Porta definiti-GaAs / AlGaAs laterali 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 Views.  Université de Sherbrooke. Questo articolo presenta un protocollo di fabbricazione dettagliato per cancelli definiti punti quantici di semiconduttori laterali su eterostrutture di arseniuro di gallio. Questi dispositivi in ​​nanoscala sono utilizzati per intrappolare alcuni elettroni per l'uso come bit quantici in elaborazione quantistica o per altri esperimenti mesoscopiche quali misure di conduttanza coerenti.

Video: 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 per singola molecola Imaging

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

Ricerca

Ingegneria

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 Memoria 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.

Analisi di contatto Interfacce semplici dispositivi GaN nanowire

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.

Costruzione e caratterizzazione di cavità esterne diodi laser per la Fisica Atomica

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.

Quantum Ingegneria State of Light con onda continua Optical Parametric Oscillatori

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.

Area selettiva Modifica della Silicon bagnabilità della superficie da impulsi laser UV irradiazione in ambiente liquido

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.

Silicio metallico-ossido-semiconduttore Quantum Dots per singolo elettrone di pompaggio

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.

Misura di interferenza quantistica in una fonte di silicio Anello Resonator Photon

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.

Metodi sperimentali per intrappolare gli ioni utilizzando microfabbricati trappole ioniche in superficie

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.

Fluorescenza di risonanza di un puntino di InGaAs Quantum in una cavità planare usando rilevazione ed eccitazione ortogonale

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