Крошечная ловушка для одиночных зарядов, квантовая точка, способна удерживать одну дырку. Но стоит заряду на границе материала дрогнуть, как дырка в ловушке начинает вздрагивать. Инженеры нашли способ успокоить этот дрожащий заряд, заменив крутую лестницу на плавный пандус.

В слоёном пироге из кремния и германия граница между слоями обычно резкая. Заряд, который должен сидеть в глубине, скапливается у этой границы, как пыль на ступеньке. Каждая пылинка, попавшая на ступеньку, меняет электрическое поле, и квантовая точка чувствует это как шум.

Исследователи вырастили барьер, в котором состав меняется постепенно: на протяжении 25 нанометров доля германия плавно снижается. Для дырок это как пандус вместо лестницы: нет резкого уступа, на котором мог бы застрять заряд. Холловские измерения показали, что диапазон стабильного напряжения затвора расширился в 2.75 раза по сравнению с обычной структурой.

В квантовых точках, изготовленных из такого материала, шум заряда на частоте 1 Гц составил 0.46 мкэВ/√Гц. Это самый низкий показатель среди германиевых квантовых ям на кремниевых подложках. Переход между состояниями с нулём и одной дыркой не дрейфовал в течение 100 минут, хотя обычно такие переходы уходят за минуты.

Пандус работает, потому что плавное изменение состава понижает энергетический край валентной зоны. Дырке больше не нужно прыгать через барьер, и заряду негде скапливаться. Это не просто ещё один способ почистить поверхность, это инженерное решение, которое запрещает накопление заряда энергетически.

Теперь та же идея может быть перенесена на германиевые подложки, где рассогласование решётки меньше. Если пандус станет ещё более гладким, квантовые точки смогут хранить квантовую информацию дольше. Дрожащий заряд успокаивается, и квантовая точка перестаёт вздрагивать.