I punti quantici sono scatole di dimensioni nanometriche che hanno attirato molto interesse scientifico per l'uso nella nanotecnologia perché le loro proprietà obbediscono alla meccanica quantistica e sono requisiti per lo sviluppo di dispositivi elettronici e fotonici avanzati. I punti quantici che si autoassemblano durante la loro formazione sono particolarmente attraenti come emettitori di luce sintonizzabili nei dispositivi nanoelettronici e per lo studio della fisica quantistica a causa del loro comportamento di trasporto quantizzato. È importante sviluppare un modo per misurare la carica in un singolo punto quantico autoassemblato per ottenere l'elaborazione delle informazioni quantistiche; però, questo è difficile perché gli elettrodi metallici necessari per la misurazione possono schermare la piccolissima carica del punto quantico. I ricercatori dell'Università di Osaka hanno recentemente sviluppato il primo dispositivo basato su due punti quantici autoassemblati in grado di misurare la carica di un singolo elettrone di un punto quantico utilizzando un secondo come sensore.

Il dispositivo è stato fabbricato utilizzando due punti quantici di arseniuro di indio (InAs) collegati a elettrodi che sono stati deliberatamente ristretti per ridurre al minimo l'effetto di schermatura indesiderato.

"I due punti quantici nel dispositivo hanno mostrato un accoppiamento capacitivo significativo, " dice Haruki Kiyama. "Di conseguenza, la carica di un singolo elettrone di un punto è stata rilevata come un cambiamento nella corrente dell'altro punto."

La risposta attuale del punto quantico del sensore dipendeva dal numero di elettroni nel punto bersaglio. Quindi il dispositivo può essere utilizzato per il rilevamento in tempo reale del tunneling di un singolo elettrone in un punto quantico. Gli eventi di tunneling di singoli elettroni all'interno e all'esterno del punto quantico target sono stati rilevati come commutazione tra stati di corrente alta e bassa nel punto quantico del sensore. Il rilevamento di tali eventi di tunneling è importante per la misurazione dei singoli spin verso i qubit di spin degli elettroni.

"Il rilevamento di singole cariche in punti quantici autoassemblati è entusiasmante per una serie di motivi, " spiega Akira Oiwa. "La capacità di ottenere la lettura elettrica degli stati dei singoli elettroni può essere combinata con la fotonica e utilizzata nelle comunicazioni quantistiche. Inoltre, il nostro concetto di dispositivo può essere esteso a diversi materiali e sistemi per studiare la fisica dei punti quantici autoassemblati".

Un dispositivo elettronico che utilizza punti quantici autoassemblati per rilevare eventi a singolo elettrone è una nuova strategia per aumentare la nostra comprensione della fisica dei punti quantici e per aiutare lo sviluppo della nanoelettronica avanzata e dell'informatica quantistica.