論文の概要: Enhancing charge stability of Ge quantum well heterostructures via SiGe layer composition engineering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.11214v1
- Date: Thu, 10 Sep 2026 08:18:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-11 23:53:35.252407
- Title: Enhancing charge stability of Ge quantum well heterostructures via SiGe layer composition engineering
- Title（参考訳）: SiGe層構造工学によるGe量子井戸構造体の電荷安定性向上
- Abstract要約: 構成変調をGe量子井戸ヘテロ構造に実装した。
合成変調SiGe/Ge量子井戸構造から量子ドットデバイスを作製した。
電荷ノイズの低減とエネルギー安定性の向上により、組成変調SiGe/Geヘテロ構造は高性能量子デバイスの構築において大きな可能性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.359936065550915
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Composition modulation is a powerful technique for designing materials with tailored properties, fueling the development of advanced semiconductor devices. In this work, we have implemented this technique into Ge quantum well heterostructures, offering a promising avenue to address the critical challenge of charge stability in spin qubit devices. Harnessing the atomic-scale precision of molecular beam epitaxy, we have engineered the band structure of the SiGe top barrier via graded composition modulation, thereby reducing charge accumulation states at the SiGe-dielectric interface and strengthening the effective confinement to the hole gases in the Ge quantum wells. The enhanced charge stability of composition-modulated SiGe/Ge quantum well heterostructures is confirmed in Hall devices, featuring an enlarged stable gate voltage range. We have further fabricated quantum dot devices from the composition-modulated SiGe/Ge quantum well heterostructures and observed remarkably low charge noise with an averaged amplitude of $0.46\,\mathrm{μeV}/\mathrm{\sqrt{Hz}}$ at $1\,\mathrm{Hz}$---the lowest reported value for Ge quantum wells grown on silicon. This exceptional charge stability of the quantum dots persists in the few-hole regime, with no observable voltage drift over $\sim$hours. With reduced charge noise and enhanced energy stability, composition-modulated SiGe/Ge heterostructures exhibit significant potential for applications in building high-performance quantum devices, including spin qubits with a long coherence time.
- Abstract（参考訳）: 組成変調は、調整された特性を持つ材料を設計するための強力な技術であり、先進的な半導体デバイスの開発を加速させる。
本研究では,この手法をGe量子井戸ヘテロ構造に実装し,スピン量子ビットデバイスにおける電荷安定性の重要な課題に対処するための有望な方法を提案する。
分子線エピタキシーの原子スケール精度を考慮し,SiGe-誘電体界面における電荷蓄積状態を低減し,Ge量子井戸内のホールガスの効果的閉じ込めを強化するため,SiGeトップバリアのバンド構造を構築した。
組成変調したSiGe/Ge量子井戸構造体の電荷安定性をホールデバイスで確認し、安定ゲート電圧範囲を拡大した。
合成変調SiGe/Ge量子井戸構造からさらに量子ドットデバイスを作製し、シリコン上に成長したGe量子井戸の最低値である平均振幅が0.46\,\mathrm{μeV}/\mathrm{\sqrt{Hz}}$を観測した。
量子ドットのこの例外的な電荷安定性は、数ホールの状態で持続し、$\sim$hours以上の観測可能な電圧ドリフトは存在しない。
電荷ノイズの低減とエネルギー安定性の向上により、組成変調SiGe/Geヘテロ構造は、長いコヒーレンス時間を持つスピン量子ビットを含む高性能量子デバイスの構築において重要な可能性を示す。
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