Deutsche Brilliance: Herstellungsprozess und neuartige Steuerungstechniken für Diamant-Quantencomputer (DE-BRILL); Teilvorhaben "Ladungsstabilisierte NV-Zentren in (111)-orientiertem Diamant als Basismaterial für skalierbare Quantenprozessoren"

Abstract

Das Ziel des Gesamtprojektes DE-BRILL bestand darin, die Positionierung von Stickstoff-Vakanzzentren (NV-Zentren) in Arrays mittels HDL-Ansatzes (Hydrogen Depletion Lithography) im Rastertunnelmikroskop (STM) auf (111)-Substraten voranzutreiben. Im Teilvorhaben „Ladungsstabilisierte NV-Zentren in (111)-orientiertem Diamant als Basismaterial für skalierbare Quantenprozessoren“ wurde die gezielte Positionierung und Ladungsstabilisierung von NV-Zentren in (111)-Diamant für Anwendungen im Quantencomputing untersucht. Ziel des Teilvorhabens des Fraunhofer IAF war die Entwicklung von CVD-Prozessen für P-dotierte Diamantschichten, die Stabilisierung des NV⁻-Ladungszustands, sowie die Bereitstellung von (111)-Substraten und Überwachsprozessen für die STM-basierte Platzierung von Stickstoff bzw. NV-Zentren. Ausgangspunkt für das Teilvorhaben war der Stand der Technik im Bereich der Diamanttechnologie. Hochreine Diamant-CVD-Schichten und NV-basierte Quantentechnologien waren zwar bereits verfügbar, jedoch fehlten folgende Aspekte: (i) eine ausgereifte (111)-Epitaxie, (ii) eine präzise Platzierung von NV-Zentren im Sub-Nanometer-Bereich und (iii) eine robuste Ladungsstabilisierung. Insbesondere (111)-orientierter Diamant ist wegen der Ausrichtung der NV-Zentren entlang einer Präferenzrichtung interessant, aber technologisch anspruchsvoll.