論文の概要: Nuclear Spin-Depleted, Isotopically Enriched $^\text{70}$Ge/$^\text{28}$Si$^\text{70}$Ge Quantum Wells

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.04052v1
• Date: Tue, 6 Jun 2023 22:53:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-08 16:47:15.444430
• Title: Nuclear Spin-Depleted, Isotopically Enriched $^\text{70}$Ge/$^\text{28}$Si$^\text{70}$Ge Quantum Wells
• Title（参考訳）: 核スピンを減らした等方的に濃縮された$^\text{70}$Ge/$^\text{28}$Si$^\text{70}$Ge量子井戸
• Authors: O. Moutanabbir, S. Assali, A. Attiaoui, G. Daligou, P. Daoust, P. Del Vecchio, S. Koelling, L. Luo, and N. Rotaru
• Abstract要約: この研究は、$text73$Ge-depleted isotopically enriched $text70$Ge/SiGe quantum Wellsのエピタキシャル成長を示す。 核スピン間の平均距離は$text70$Ge/$text28$Si$text70$Geで3,4nmに達する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The p-symmetry of the hole wavefunction is associated with a weaker hyperfine interaction as compared to electrons, thus making hole spin qubits attractive candidates to implement long coherence quantum processors. However, recent studies demonstrated that hole qubits in planar germanium (Ge) heterostructures are still very sensitive to nuclear spin bath. These observations highlight the need to develop nuclear spin-free Ge qubits to suppress this decoherence channel and evaluate its impact. With this perspective, this work demonstrates the epitaxial growth of $^\text{73}$Ge-depleted isotopically enriched $^\text{70}$Ge/SiGe quantum wells. The growth was achieved by reduced pressure chemical vapor deposition using isotopically purified monogermane $^\text{70}$GeH$_\text{4}$ and monosilane $^\text{28}$SiH$_\text{4}$ with an isotopic purity higher than 99.9 $\%$ and 99.99 $\%$, respectively. The quantum wells consist of a series of $^\text{70}$Ge/SiGe heterostructures grown on Si wafers using a Ge virtual substrate and a graded SiGe buffer layer. The isotopic purity is investigated using atom probe tomography following an analytical procedure addressing the discrepancies in the isotopic content caused by the overlap of isotope peaks in mass spectra. The nuclear spin background in the quantum wells was found to be sensitive to the growth conditions. The lowest concentration of nuclear spin-full isotopes $^\text{73}$Ge and $^\text{29}$Si in the heterostructure was established at 0.01 $\%$ in the Ge quantum well and SiGe barriers. The measured average distance between nuclear spins reaches 3-4 nm in $^\text{70}$Ge/$^\text{28}$Si$^\text{70}$Ge, which is an order of magnitude larger than in natural Ge/SiGe heterostructures.
• Abstract（参考訳）: ホール波動関数のp対称性は電子に比べて弱い超微細構造相互作用と関連しており、ホールスピン量子ビットは長いコヒーレンス量子プロセッサを実装する候補となる。 しかし、最近の研究では、平面ゲルマニウム(Ge)ヘテロ構造は核スピン浴に非常に敏感であることが示されている。 これらの観察は、この脱コヒーレンスチャネルを抑制し、その影響を評価するために核スピンフリーなGe量子ビットを開発する必要性を強調している。 この観点から、この研究は、$^\text{73}$Ge-depleted isotopally enriched $^\text{70}$Ge/SiGe 量子井戸のエピタキシャル成長を示す。 この成長は, 等方的に精製したモノガーマン$^\text{70}$GeH$_\text{4}$およびモノシラン$^\text{28}$SiH$_\text{4}$を用いて, 99.9$\%および99.99$\%$以上の同位体純度を有する圧力化学的蒸着によって達成された。 量子井戸は、Ge仮想基板とグレードしたSiGeバッファ層を用いてSiウェハ上に成長した$^\text{70}$Ge/SiGeヘテロ構造からなる。 質量スペクトルにおける同位体ピークの重なりに起因する同位体量の不一致を解析し,原子プローブトモグラフィを用いて同位体純度を調べた。 量子井戸の核スピン背景は成長条件に敏感であることが判明した。 ヘテロ構造における核スピンフル同位体の最低濃度$^\text{73}$Geと$^\text{29}$Siは、Ge量子井戸とSiGe障壁において0.01$\%で確立された。 核スピン間の平均距離は$^\text{70}$Ge/$^\text{28}$Si$^\text{70}$Geで3-4nmに達する。

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