Управление электронной локализацией за счет деформационных полей в группах Ge/Si квантовых точек / Зиновьева А.Ф., Зиновьев В.А., Ненашев А.В., Кулик Л.В., Двуреченский А.В.

Новые тенденции в электронике требуют создания полупроводниковых наноструктур с контролируемыми оптическими и спиновыми свойствами. Одной из перспективных систем для манипулирования электронной структурой является система с Ge/Si квантовыми точками (КТ), создаваемыми за счет самоорганизации в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии. Здесь электроны локализуются за счет деформаций в потенциальных ямах в Si вблизи КТ. Меняя пространственную конфигурацию КT, их размер, форму, взаимное расположение, можно контролировать распределение деформаций, и соответственно энергетический спектр электронов. В данной работе были разработаны и созданы специальные структуры с Ge/Si КТ, позволяющие реализовать одновременную локализацию электронов в разных Δ долинах в упорядоченной группе КТ [1]. Электроны имеют разную пространственную локализацию (один локализован на вершине КТ, а другой на одном из ребер основания КТ), характеризуются разными gфакторами и могут рассматриваться как пара кубитов, связанных постоянным обменным взаимодействием. Структуры представляют собой комбинацию (~200 нм) больших дискообразных КТ (нанодисков) и групп КТ меньшего размера (~30 нм), выращенных на расстоянии 35 нм от слоя нанодисков. Для увеличения деформаций и, соответственно, энергии связи электронов на КТ, были выращены 4-слойные стеки упорядоченных групп КТ с различным расстоянием между слоями КТ в стеке d. Для локализации электронов в боковых Δx,y долинах было использовано расстояние d=3 нм. Для одновременной локализации электронов в разных Δ долинах была создана структура с варьируемым расстояние d в стеке: между 2-м и 3-м слоем КТ d=5 нм, остальные прослойки имели толщину d=3 нм. Локализация электронов была исследована методом ЭПР. Интерпретация результатов ЭПР была проведена на основе анализа значений g-факторов и их ориентационных зависимостей и сопоставления с результатами вычислений энергетического спектра и волновых функций электронов. Расчеты проводились с учетом элементного состава КТ и реальной геометрии нанообъектов. Получено, что деформационное поле нанодиска играет ключевую роль в реализации одновременной локализации электронов в разных Δ долинах, позволяя регулировать положение энергетических уровней электронов. Полученные результаты могут лечь в основу создания базовых элементов для квантовых вычислений на основе структур с Ge/Si КТ.