Semiconductor Membranes for Electrostatic Exciton Trapping in Optically Addressable Quantum Transport Devices

物理 激子 量子点 异质结 量子位元 量子阱 量子点接触 量子网络 量子技术 量子 比克西顿 光子 量子计算机 凝聚态物理 量子力学 开放量子系统 激光器
作者
Thomas Descamps,Feng Liu,Sebastian Kindel,René Otten,Tobias Hangleiter,Chao Zhao,Mihail Ion Lepsa,Julian Ritzmann,Arne Ludwig,Andreas D. Wieck,Beata Kardynał,Hendrik Bluhm
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:19 (4) 被引量:5
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.19.044095
摘要

Combining the capabilities of gate-defined quantum transport devices in $\mathrm{Ga}\mathrm{As}$-based heterostructures and of optically addressed self-assembled quantum dots could open up broad perspectives in quantum technologies. For example, interfacing stationary solid-state qubits with photonic quantum states would open up a pathway towards the realization of a quantum network with extended quantum processing capacity in each node. While gated devices allow very flexible confinement of electrons or holes, the confinement of excitons without some element of self-assembly is much harder. To address this limitation, we introduce a technique to realize exciton traps in quantum wells via local electric fields by thinning a heterostructure down to a 220-nm-thick membrane. We show that mobilities over $1\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\mathrm{cm}}^{2}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\mathrm{V}}^{\ensuremath{-}1}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}$ can be retained and that quantum point contacts and Coulomb oscillations can be observed on this structure, which implies that the thinning does not compromise the heterostructure quality. Furthermore, the local lowering of the exciton energy via the quantum-confined Stark effect is confirmed, thus forming exciton traps. These results lay the technological foundations for devices like single-photon sources, spin-photon interfaces and eventually quantum network nodes in $\mathrm{Ga}\mathrm{As}$ quantum wells, realized entirely with a top-down fabrication process.

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