二維材料半導(dǎo)體量子晶體管研究獲重要進(jìn)展

　　中國科技大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，近期在半導(dǎo)體門控量子點(diǎn)的研究中取得重要進(jìn)展。該實(shí)驗(yàn)室的郭國平教授研究組與其合作者深入探索二維層狀過渡金屬硫族化合物應(yīng)用于半導(dǎo)體量子芯片的可能性，實(shí)驗(yàn)上首次在半導(dǎo)體柔性二維材料體系中實(shí)現(xiàn)了全電學(xué)調(diào)控的量子點(diǎn)器件。

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，半導(dǎo)體門控量子點(diǎn)作為一種量子晶體管已經(jīng)成為量子芯片的熱門候選體系之一。以石墨烯為代表的二維材料體系因?yàn)槠涮烊坏膯卧訉雍穸?、?yōu)異的電學(xué)性能、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，成為柔性電子學(xué)、量子電子學(xué)的重點(diǎn)研究對(duì)象。然而自石墨烯被發(fā)現(xiàn)之后的十幾年里，科學(xué)家們經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)嘗試，發(fā)現(xiàn)石墨烯中能帶結(jié)構(gòu)、界面缺陷雜質(zhì)等因素對(duì)量子點(diǎn)器件的性能有很大的影響。直到目前，二維材料中的量子點(diǎn)還無法實(shí)現(xiàn)有效的電學(xué)調(diào)控。

　　針對(duì)這種情況，郭國平研究組與日本國立材料研究所Takashi　Taniguchi和Kenji　Watanabe研究員以及理化研究所的Franco　Nori教授合作，選擇新型二維材料二硫化鉬進(jìn)行深入研究。該材料具有合適的帶隙、較強(qiáng)的自旋軌道耦合強(qiáng)度以及豐富的自旋——能谷相關(guān)的物理現(xiàn)象，因此在量子電子學(xué)，尤其是自旋電子學(xué)和能谷電子學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　經(jīng)過大量的嘗試，研究組利用微納加工、低溫LED輻照等一系列現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝手段，結(jié)合當(dāng)前二維材料體系研究中廣泛采用的氮化硼封裝技術(shù)，有效減少了量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)、缺陷等，首次在這類材料中實(shí)現(xiàn)了全電學(xué)可控的雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。