論文の概要: Integration of Cobalt Ferromagnetic Control Gates for Electrical and Magnetic Manipulation of Semiconductor Quantum Dots
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.15862v1
- Date: Mon, 21 Oct 2024 10:43:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-22 13:15:57.207387
- Title: Integration of Cobalt Ferromagnetic Control Gates for Electrical and Magnetic Manipulation of Semiconductor Quantum Dots
- Title（参考訳）: 半導体量子ドットの電気・磁気操作のためのコバルト強磁性制御ゲートの統合
- Authors: Fabio Bersano, Michele Aldeghi, Niccolò Martinolli, Victor Boureau, Thibault Aboud, Michele Ghini, Pasquale Scarlino, Gian Salis, Adrian Mihai Ionescu,
- Abstract要約: ナノスケールドット・ツー・マグネットピッチを用いた多ゲートFD-SOIナノワイヤへのナノサイズのコバルト制御ゲートの統合
マルチゲートナノワイヤの電気的特性は、室温から10mKまでの全ての強磁性ゲートのフルフィールド効果を示す。
薄膜とパターン制御ゲートの磁気特性に対する洞察は、試料磁気計測と電子ホログラフィー測定によって得られる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The rise of electron spin qubit architectures for quantum computing processors has led to a strong interest in designing and integrating ferromagnets to induce stray magnetic fields for electron dipole spin resonance (EDSR). The integration of nanomagnets imposes however strict layout and processing constraints, challenging the arrangement of different gating layers and the control of neighboring qubit frequencies. This work reports a successful integration of nano-sized cobalt control gates into a multi-gate FD-SOI nanowire with nanometer-scale dot-to-magnet pitch, simultaneously exploiting electrical and ferromagnetic properties of the gate stack at nanoscale. The electrical characterization of the multi-gate nanowire exhibits full field effect functionality of all ferromagnetic gates from room temperature to 10 mK, proving quantum dot formation when ferromagnets are operated as barrier gates. The front-end-of-line (FEOL) compatible gate-first integration of cobalt is examined by energy dispersive X-ray spectroscopy and high/low frequency capacitance characterization, confirming the quality of interfaces and control over material diffusion. Insights into the magnetic properties of thin films and patterned control-gates are provided by vibrating sample magnetometry and electron holography measurements. Micromagnetic simulations anticipate that this structure fulfills the requirements for EDSR driving for magnetic fields higher than 1 T, where a homogeneous magnetization along the hard magnetic axis of the Co gates is expected. The FDSOI architecture showcased in this study provides a scalable alternative to micromagnets deposited in the back-end-of-line (BEOL) and middle-of-line (MOL) processes, while bringing technological insights for the FEOL-compatible integration of Co nanostructures in spin qubit devices.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングプロセッサにおける電子スピン量子ビットアーキテクチャの台頭は、電子双極子スピン共鳴(EDSR)のための成層磁場を誘導する強磁性体の設計と統合に強い関心を惹いている。
ナノマグネットの統合は、しかしながら厳しいレイアウトと処理の制約を課し、異なるゲーティング層の配置と近隣のキュービット周波数の制御に挑戦する。
ナノスケールのドット・ツー・マグネットピッチとマルチゲートFD-SOIナノワイヤとのナノサイズのコバルト制御ゲートの一体化に成功し、同時にナノスケールのゲートスタックの電気的および強磁性特性を利用する。
マルチゲートナノワイヤの電気的特性は、室温から10mKまでの強磁性ゲートの全電界効果機能を示し、強磁性ネットをバリアゲートとして操作する際の量子ドットの形成を示す。
The front-end-of-line (FEOL) compatible gate-first integration of cobalt were examined by energy dispersive X-ray spectroscopy and high/low frequency capacitance characterization, confirmeding the quality of interface and control over material diffusion。
薄膜とパターン制御ゲートの磁気特性に対する洞察は、試料磁気計測と電子ホログラフィー測定によって得られる。
マイクロマグネティックシミュレーションは、この構造が1T以上の磁場に対するEDSR駆動の要求を満たすことを予測しており、Coゲートのハード磁気軸に沿った均一な磁化が期待されている。
本研究で紹介したFDSOIアーキテクチャは,背端線(BEOL)および中端線(MOL)プロセスに堆積するマイクロマグネットのスケーラブルな代替手段を提供するとともに,スピン量子ビットデバイスにおけるCoナノ構造とのFEOL互換な統合のための技術的洞察を提供する。
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