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Subject: scanning electron microscopy × WGL Institute: PDI ×

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    Sound-driven single-electron transfer in a circuit of coupled quantum rails
    ([London] : Nature Publishing Group UK, 2019) Takada, Shintaro; Edlbauer, Hermann; Lepage, Hugo V.; Wang, Junliang; Mortemousque, Pierre-André; Georgiou, Giorgos; Barnes, Crispin H. W.; Ford, Christopher J. B.; Yuan, Mingyun; Santos, Paulo V.; Waintal, Xavier; Ludwig, Arne; Wieck, Andreas D.; Urdampilleta, Matias; Meunier, Tristan; Bäuerle, Christopher
    Surface acoustic waves (SAWs) strongly modulate the shallow electric potential in piezoelectric materials. In semiconductor heterostructures such as GaAs/AlGaAs, SAWs can thus be employed to transfer individual electrons between distant quantum dots. This transfer mechanism makes SAW technologies a promising candidate to convey quantum information through a circuit of quantum logic gates. Here we present two essential building blocks of such a SAW-driven quantum circuit. First, we implement a directional coupler allowing to partition a flying electron arbitrarily into two paths of transportation. Second, we demonstrate a triggered single-electron source enabling synchronisation of the SAW-driven sending process. Exceeding a single-shot transfer efficiency of 99%, we show that a SAW-driven integrated circuit is feasible with single electrons on a large scale. Our results pave the way to perform quantum logic operations with flying electron qubits. © 2019, The Author(s).
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    Engineering grain boundaries at the 2D limit for the hydrogen evolution reaction
    ([London] : Nature Publishing Group UK, 2020) He, Yongmin; Tang, Pengyi; Hu, Zhili; He, Qiyuan; Zhu, Chao; Wang, Luqing; Zeng, Qingsheng; Golani, Prafful; Gao, Guanhui; Fu, Wei; Huang, Zhiqi; Gao, Caitian; Xia, Juan; Wang, Xingli; Wang, Xuewen; Zhu, Chao; Ramasse, Quentin M.; Zhang, Ao; An, Boxing; Zhang, Yongzhe; Martí-Sánchez, Sara; Morante, Joan Ramon; Wang, Liang; Tay, Beng Kang; Yakobson, Boris I.; Trampert, Achim; Zhang, Hua; Wu, Minghong; Wang, Qi Jie; Arbiol, Jordi; Liu, Zheng
    Atom-thin transition metal dichalcogenides (TMDs) have emerged as fascinating materials and key structures for electrocatalysis. So far, their edges, dopant heteroatoms and defects have been intensively explored as active sites for the hydrogen evolution reaction (HER) to split water. However, grain boundaries (GBs), a key type of defects in TMDs, have been overlooked due to their low density and large structural variations. Here, we demonstrate the synthesis of wafer-size atom-thin TMD films with an ultra-high-density of GBs, up to ~1012 cm−2. We propose a climb and drive 0D/2D interaction to explain the underlying growth mechanism. The electrocatalytic activity of the nanograin film is comprehensively examined by micro-electrochemical measurements, showing an excellent hydrogen-evolution performance (onset potential: −25 mV and Tafel slope: 54 mV dec−1), thus indicating an intrinsically high activation of the TMD GBs.
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    Fabrication and characterization of graphene nanoribbons epitaxially grown on SiC(0001)
    (Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2018) Aranha Galves, Lauren
    Einzelschichten von Graphen-Nanobänders (GNRs) wurden auf SiC(0001)-Substraten mit zwei unterschiedlichen Fehlschnitten bei Temperaturen von 1410 bis 1460 °C synthetisiert. Das GNR-Wachstum lässt sich bei niedriger Stufenkantenhöhe am besten durch eine exponentielle Wachstumsrate, welche mit der Energiebarriere für die Ausdiffusion von Si korreliert ist. Anderseits wird bei Substraten mit höheren Stufenkanten eine nicht-exponentielle Rate beobachtet, was mit der Bildung von mehrlagigen Graphen an den Stufenkanten in Verbindung gebracht wird. Die Sauerstoffinterkalation von epitaktischen GNRs mittels Ausglühen an Luft von Bändern wird als nächstes untersucht, welche auf unterschiedlichen SiC-Substraten gewachsen wurden. Neben der Umwandlung von monolagigem zu zweilagigem Graphen in der Nähe der Stufenkanten von SiC, führt die Sauerstoffinterkalation zusätzlich zu der Bildung einer Oxidschicht auf den Terrassen des Substrats, was die zweilagigen GNRs elektrisch isoliert voneinander zurücklässt. Die elektrische Charakterisierung der zweilagigen GNRs zeigten dass die Bänder durch die Behandlung mit Sauerstoff elektrisch voneinander entkoppelt sind. Eine robuste Lochkonzentration von etwa 1x10¹³ cm-² und Mobilitäten von bis zu 700 cm²/(Vs) wurden für die GNRs mit einer typischen Breite von 100 nm bei Raumtemperatur gemessen. Wohl definierte Mesastrukturen gebildet mittels Elektronenstrahllithographie auf SiC-Substraten, wurde zuletzt untersucht. Die Charakterisierung des Ladungsträgertransports von GNRs die auf den Seitenwänden der strukturierten Terrassen gewachsen wurden, zeigt eine Mobilität im Bereich von 1000 bis 2000 cm²/(Vs), welche für verschiedene Strukturen auf der gesamten Probe homogen ist, was die Reproduzierbarkeit dieses Herstellungsverfahrens hervorhebt, sowie dessen Potential für die Implementierung in zukünftigen Technologien, welche auf epitaktischgewachsenene GNRs basieren.