La manipulación precisa de los portadores de carga individuales es una piedra angular para los transistores de un solo electrón y para los dispositivos electrónicos del futuro. incluidos los bits cuánticos de estado sólido (qubits). Los puntos cuánticos (QD) están en el corazón de estos dispositivos. En una reciente Nano letras papel, Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) presentan el primer QD de grafeno monocapa sintonizable mecánicamente cuyas propiedades electrónicas pueden modificarse mediante desplazamientos nanométricos en el plano.

Para acceder a la información eléctrica y mecánica de la muestra, Los investigadores utilizaron una plataforma llamada unión de rotura controlada mecánicamente para medir las propiedades electromecánicas de su dispositivo durante la flexión de tres puntos. La muestra consiste en una heteroestructura de van der Waals hecha apilando varias escamas de material 2-D sobre un sustrato flexible:una compuerta trasera de grafito para controlar electrostáticamente la corriente a través del dispositivo, una capa dieléctrica de nitruro de boro hexagonal y un canal conductor de grafeno monocapa.

Romper una pajarita

Los resultados de las mediciones de temperatura ambiente durante la flexión demuestran que el grafeno, modelado en forma de nanobowtie con un ancho de constricción de 160 nm, eventualmente se rompe (corriente cero) pero también se puede rehacer (corrientes de microamperios) debido al deslizamiento y superposición de los bordes de grafeno. "Realizamos el mismo tipo de mediciones a temperaturas criogénicas (4K), y el mapeo de la corriente en función del voltaje de la puerta y el voltaje de polarización reveló un patrón de diamante claro ", dijo la autora principal, Sabina Caneva, de TU Delft. Esto significa que hay un QD en la unión".

Sorprendentemente, utilizando desplazamientos mecánicos a nanoescala, Los investigadores demostraron que tanto los acoplamientos capacitivos como de túnel del QD a los cables de grafeno se pueden sintonizar de una manera totalmente reversible. "Logramos una modulación de cinco órdenes de magnitud del acoplamiento del túnel al electrodo de drenaje, que es significativamente más alto de lo que se ha informado para QD bajo control exclusivamente eléctrico, ", dijo Caneva. La geometría del dispositivo permite la formación de una región de superposición de bicapas de grafeno, donde la longitud de la superposición se puede variar con control sub-nm mediante una perilla de sintonización mecánica.

Sintonizando la superposición

En tono rimbombante, esto permitió a los investigadores modificar la asimetría en los acoplamientos del túnel cambiando la superposición entre el QD y el electrodo de drenaje. "Una manipulación tan completa y reversible de un grafeno QD, en el que la electrostática y los acoplamientos se pueden controlar tanto mecánica como electrónicamente, no tiene precedentes, "dijo Pascal Gehring, último autor del artículo. "Estos resultados son relevantes para aplicaciones donde una comprensión detallada del efecto de la asimetría de túnel es crucial para el rendimiento del dispositivo, como en la calorimetría cuántica y en los recolectores de energía QD ".

La plataforma MCBJ se puede extender a otros materiales 2-D con la perspectiva de explorar el comportamiento del transporte a baja temperatura bajo influencia eléctrica y mecánica. En particular, puede prestarse a la formación, ruptura y superposición controlada de constricción ultra-estrecha en películas delgadas superconductoras, proporcionando así un enfoque novedoso para manipular el efecto Josephson en un dispositivo en el plano.