Einzelne Ionen in Festkörper platziert

Neue Technik ermöglicht es, einzelne Ionen mit einer Genauigkeit von 35 Nanometern in einen Kristall einzubauen

17.09.2019

Abb./©: QUANTUM, Institut für Physik, JGU

Schematische Darstellung der Ionenfalle (links) als Quelle eines Ionenstrahls, um im Kristall (rechts) eine gewünschte Anordnung der Farbzentren einzuschreiben.

Dotierte Halbleiter sind die Grundlage jeder modernen Elektronik. Um elektronische Bauelemente herzustellen, werden hochreine Siliziumkristalle mit Dotierungsatomen wie zum Beispiel Aluminium oder Phosphor versetzt. Dadurch kann die Leitfähigkeit maßgeschneidert werden. In modernen, auf wenige Nanometer miniaturisierten elektronischen Computerprozessoren sind nur noch die Elektronen von weniger als zehn Dotieratomen für die Schaltprozesse zuständig. Noch einen Schritt weiter gehen Quantenbauelemente, bei denen nur einzelne Dotieratome in einem hochreinen Kristall für neuartige Quantencomputer oder Quantensimulatoren genutzt werden sollen.

Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) um Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler haben eine Methode entwickelt, um genau abgezählte, einzelne Dotierungsionen in einen Festkörperkristall zu platzieren. In den Experimenten wurde das Seltene-Erden-Element Praseodym in einen Yttrium-Aluminium-Granatkristall eingeschossen. Diese Kristalle wurden anschließend in Zusammenarbeit mit Forschern der Gruppe um Prof. Dr. Jörg Wrachtrup an der Universität Stuttgart in einem hochauflösenden konfokalen Mikroskop untersucht. Dabei konnte eine Positionierungsgenauigkeit von 35 Nanometern ermittelt werden. Diese Genauigkeit erlaubt es im Prinzip schon jetzt, Anordnungen von Dotierungsionen für Bauelemente eines zukünftigen Quantenprozessors zu schreiben.

Die Ergebnisse wurden als Highlight im aktuellen Band des internationalen Journals Physical Review Letters publiziert und stellen eine wichtige Innovation mit weitem Anwendungspotenzial dar, denn die Methode kann auf andere Kristalle und Dotierungsatome erweitert werden.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Siliciumkristalle
  • Kristalle
  • Dotierung
  • Praseodym
Mehr über Uni Mainz
  • News

    Dynamik einzelner Proteine

    Das Zusammenspiel aus Struktur und Dynamik bestimmt die Funktion von Proteinen, den molekularen Werkzeugen der Zelle. Durch Fortschritte in der Elektronenmikroskopie können Wissenschaftler die Strukturinformationen inzwischen gut erfassen, jedoch ist es bisher schwer, die Proteindynamik für ... mehr

    Körpereigener Tumorblocker entdeckt

    Wissenschaftlerinnen der Universitätsmedizin Mainz haben neue Eigenschaften des menschlichen Proteins MYPOP entdeckt: Es wirkt gegen Virusinfektionen und Krebs. MYPOP erkennt virale Proteine und die DNA von HPV16 und HPV18, sogenannten onkogenen Papillomviren, bindet an sie und hemmt die Ex ... mehr

    Unter Druck: Wissenschaftler entwickeln hochempfindlichen molekularen optischen Drucksensor

    Chemiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Universität Montreal (Kanada) haben ein molekulares System entwickelt, das sehr genaue optische Druckmessungen ermöglicht. Als Inspiration dafür diente der Edelstein Rubin. Allerdings handelt es sich bei dem Material, das in de ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.