The mass production and the practical number of cryogenic quantum devices producible in a single chip are limited to the number of electrical contact pads and wiring of the cryostat or dilution refrigerator. It is, therefore, beneficial to contrast the measurements of hundreds of devices fabricated in a single chip in one cooldown process to promote the scalability, integrability, reliability, and reproducibility of quantum devices and to save evaluation time, cost and energy. Here, we use a cryogenic on-chip multiplexer architecture and investigate the statistics of the 0.7 anomaly observed on the first three plateaus of the quantized conductance of semiconductor quantum point contact (QPC) transistors. Our single chips contain 256 split gate field effect QPC transistors (QFET) each, with two 16-branch multiplexed source-drain and gate pads, allowing individual transistors to be selected, addressed and controlled through an electrostatic gate voltage process. A total of 1280 quantum transistors with nano-scale dimensions are patterned in 5 different chips of GaAs heterostructures. From the measurements of 571 functioning QPCs taken at temperatures T= 1.4 K and T= 40 mK, it is found that the spontaneous polarisation model and Kondo effect do not fit our results. Furthermore, some of the features in our data largely agreed with van Hove model with short-range interactions. Our approach provides further insight into the quantum mechanical properties and microscopic origin of the 0.7 anomaly in QPCs, paving the way for the development of semiconducting quantum circuits and integrated cryogenic electronics, for scalable quantum logic control, readout, synthesis, and processing applications.


翻译:单芯片中可生产的低温量子器件的批量制造与实用数量受限于低温恒温器或稀释制冷机的电接触焊盘数量与布线。因此,在同一降温过程中对比同一芯片上制造的数百个器件的测量结果,有助于提升量子器件的可扩展性、可集成性、可靠性及可重复性,同时节省评估时间、成本与能耗。本研究采用低温片上多路复用架构,对半导体量子点接触晶体管(QPC)量子化电导前三个平台中观测到的0.7异常进行了统计分析。每个单芯片包含256个分裂栅场效应QPC晶体管(QFET),配备两个16分支多路复用源漏极与栅极焊盘,通过静电栅极电压过程实现对单个晶体管的选通、寻址与控制。在5个不同GaAs异质结芯片上共制备了1280个纳米尺度量子晶体管。对571个功能型QPC在T=1.4 K和T=40 mK温度下的测量结果表明,自发极化模型与近藤效应均无法拟合实验结果。此外,数据中的部分特征与含短程相互作用的van Hove模型高度吻合。本研究为QPC中0.7异常的量子力学特性及微观起源提供了深入见解,为发展半导体量子电路与集成低温电子学,以及可扩展量子逻辑控制、读出、合成与处理应用奠定了基础。

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