Engineering independent electrostatic control of atomic-scale (∼4 nm) silicon double quantum dots

Nano Letters

Volumn 12, Issue 8, 2012, Pages 4001-4006

  Weber, Bent ^a   Mahapatra, Suddhasatta ^a   Watson, Thomas F ^a   Simmons, Michelle Y ^a  

^a UNIVERSITY OF NEW SOUTH WALES   (Australia)

Author keywords

double quantum dots; quantum computing; Si:P; silicon; STM Lithography

Indexed keywords

ATOMIC SCALE; CAPACITANCE CALCULATION; CAPACITIVE COUPLINGS; CONTROL ELECTRODE; DEVICE DESIGN; DOUBLE QUANTUM DOTS; ELECTRIC AND MAGNETIC FIELDS; ELECTRONIC SPINS; ELECTROSTATIC CONTROL; ELECTROSTATIC MODELING; FABRICATION ACCURACY; INDEPENDENT CONTROL; LENGTH SCALE; OPTIMIZED DEVICES; P DONORS; PHOSPHORUS DONORS IN SILICON; PRECISION ALIGNMENT; QUANTUM COMPUTING; SCALABLE QUANTUM COMPUTING; SCANNING TUNNELING MICROSCOPES; SILICON DOUBLE QUANTUM DOT; SINGLE DONOR; STM-LITHOGRAPHY;

ATOMS; CURRENT VOLTAGE CHARACTERISTICS; ELECTROSTATICS; LITHOGRAPHY; PHOSPHORUS; QUANTUM COMPUTERS; QUANTUM OPTICS; SEMICONDUCTOR QUANTUM DOTS;

SILICON;

EID: 84864703742     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl3012903     Document Type: Article

References (38)

1. Loss, D.; DiVincenzo, D. P. Phys. Rev. A 1998, 57, 120
2. Petta, J. R.; Johnson, A. C.; Taylor, J. M.; Laird, E. A.; Yacoby, A.; Lukin, M. D.; Marcus, C. M.; Hanson, M. P.; Gossard, A. C. Science 2005, 309, 2180
3. Koppens, F. H. L.; Buizert, C.; Tielrooij, K. J.; Vink, I. T.; Nowack, K. C.; Meunier, T.; Kouwenhoven, L. P.; Vandersypen, L. M. K. Nature 2006, 442, 766
4. Morton, J. J. L.; McCamey, D. R.; Eriksson, M. A.; Lyon, S. A. Nature 2011, 479, 345
5. Morello, A.; Pla, J. J.; Zwanenburg, F. A.; Chan, K. W.; Tan, K. Y.; Huebl, H.; Mottonen, M.; Nugroho, C. D.; Yang, C.; van Donkelaar, J. A.; Alves, A. D. C.; Jamieson, D. N.; Escott, C. C.; Hollenberg, L. C. L.; Clark, R. G.; Dzurak, A. S. Nature 2010, 467, 687
6. Tyryshkin, A. M.; Tojo, S.; Morton, J. J. L.; Riemann, H.; Abrosimov, N. V.; Becker, P.; Pohl, H.-J.; Schenkel, T.; Thewalt, M. L. W.; Itoh, K. M.; Lyon, S. A. Nat. Mater. 2012, 11, 143
7. Fuechsle, M.; Miwa, J. A.; Mahapatra, S.; Ryu, H.; Lee, S.; Warschkow, O.; Hollenberg, L. C. L.; Klimeck, G.; Simmons, M. Y. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 242
8. Koiller, B.; Hu, X.; Das Sarma, S. Phy. Rev. Lett. 2001, 88, 027903
9. Kohn, W.; Luttinger, J. M. Phys. Rev. 1955, 98, 915
10. Kane, B. E. Nature 1998, 393, 133
11. Hollenberg, L. C. L.; Greentree, A. D.; Fowler, A. G.; Wellard, C. J. Phys. Rev. B 2006, 74, 045311
12. Weber, B.; Mahapatra, S.; Ryu, H.; Lee, S.; Fuhrer, A.; Reusch, T. C. G.; Thompson, D. L.; Lee, W. C. T.; Klimeck, G.; Hollenberg, L. C. L.; Simmons, M. Y. Science 2012, 335, 64
13. Shaji, N.; Simmons, C. B.; Thalakulam, M.; Klein, L. J.; Qin, H.; Luo, H.; Savage, D. E.; Lagally, M. G.; Rimberg, A. J.; Joynt, R.; Friesen, M.; Blick, R. H.; Coppersmith, S. N.; Eriksson, M. A. Nat. Phys. 2008, 4, 540
14. Maune, B. M.; Borselli, M. G.; Huang, B.; Ladd, T. D.; Deelman, P. W.; Holabird, K. S.; Kiselev, A. A.; Alvarado-Rodriguez, I.; Ross, R. S.; Schmitz, A. E.; Sokolich, M.; Watson, C. A.; Gyure, M. F.; Hunter, A. T. Nature 2012, 481, 344
15. Schofield, S. R.; Curson, N. J.; Simmons, M. Y.; Rueß, F. J.; Hallam, T.; Oberbeck, L.; Clark, R. G. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 136104
16. Fuhrer, A.; Fuechsle, M.; Reusch, T. C. G.; Weber, B.; Simmons, M. Y. Nano Lett. 2009, 9, 707
17. Lee, W. C. T.; Scappucci, G.; Thompson, D. L.; Simmons, M. Y. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 043116
18. Fuechsle, M.; Mahapatra, S.; Zwanenburg, F. A.; Friesen, M.; Eriksson, M. A.; Simmons, M. Y. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 502
19. Mahapatra, S.; Büch, H.; Simmons, M. Y. Nano Lett. 2011, 11, 4376
20. Since submission of this manuscript we have become aware of a study by Roche et al. (published after submission) which demonstrates transport through a pair of individual donors in a FinFET device: Roche, B.; Dupont-Ferrier, E.; Voisin, B.; Cobian, M.; Jehl, X.; Wacquez, R.; Vinet, M.; Niquet, Y. M.; Sanquer, M. Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 206812
21. Nabors, K.; White, J. IEEE Trans. Comput. Aided Des. Integr. Circuits Syst. 1991, 10 (11) 1447-1459
22. McKibbin, S. R.; Clarke, W. R.; Fuhrer, A.; Reusch, T. C. G.; Simmons, M. Y. Appl. Phys. Let. 2009, 95, 233111
23. Oberbeck, L.; Curson, N. J.; Simmons, M. Y.; Brenner, R.; Hamilton, A. R.; Schofield, S. R.; Clark, R. G. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 3197
24. Ruess, F. J.; Pok, W.; Reusch, T. C. G.; Butcher, M. J.; Goh, K. E. J.; Oberbeck, L.; Scappucci, G.; Hamilton, A. R.; Simmons, M. Y. Small 2007, 3, 563
25. Wasshuber, C.; Kosina, H.; Selberherr, S. IEEE Trans. Comput. Aided Des. Integr. Circuits Syst. 1997, 16, 937
26. van der Wiel, W. G.; De Franceschi, S.; Elzerman, J. M.; Fujisawa, T.; Tarucha, S.; Kouwenhoven, L. P. Rev. Mod. Phys. 2002, 75, 1
27. Averin, D.; Nazarov, Y. V. Single Charge Tunneling: Coulomb Blockade Phenomena in Nanostructures: Coulomb Blockade Phenomena in Nanostructures; Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York, 1992.
28. Carter, D. J.; Warschkow, O.; Marks, N. A.; McKenzie, D. R. Phys. Rev. B 2009, 79, 033204
29. Yamahata, G.; Tsuchiya, Y.; Oda, S.; Durrani, Z. A. K.; Mizuta, H. Jap. J. Appl. Phys. 2008, 47, 4820
30. Klein, N.; Gafni, H. IEEE Trans. Electron Devices 1966, 13, 281
31. Sze, S. M. Physics of Semiconductor Devices, 2 nd ed.; Wiley-Interscience: New York, 1981.
32. Davies, J. H. The Physics of Low-Dimensional Semiconductors; Cambridge University Press: Cambridge, 1998.
33. Lim, W. H.; Huebl, H.; van Beveren, L. H. W.; Rubanov, S.; Spizzirri, P. G.; Angus, S. J.; Clark, R. G.; Dzurak, A. S. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 173502
34. Kouwenhoven, L. P.; Marcus, C. M.; Mceuen, P. L.; Tarucha, S.; Westervelt, R. M.; Windgren, N. S. Electron Transport in Quantum Dots. In Mesoscopic Electron Transport; Sohn, L. L.; Kouwenhoven, L. P.; Schön, G., Eds.; Kluwer: New York, 1997; pp 105-214.
35. Hill, C. D.; Hollenberg, L. C. L.; Fowler, A. G.; Wellard, C. J.; Greentree, A. D.; Goan, H. S. Phys. Rev. B 2005, 72, 045350
36. Rahman, R.; Lansbergen, G. P.; Park, S. H.; Verduijn, J.; Klimeck, G.; Rogge, S.; Hollenberg, L. C. L. Phys. Rev. B 2009, 80, 165314
37. Lansbergen, G. P.; Rahman, R.; Wellard, C. J.; Woo, I.; Caro, J.; Collaert, N.; Biesemans, S.; Klimeck, G.; Hollenberg, L. C. L.; Rogge, S. Nat. Phys. 2008, 4, 656
38. Pierre, M.; Wacquez, R.; Jehl, X.; Sanquer, M.; Vinet, M.; Cueto, O. Nat. Nanotechnol. 2009, 5, 133