量子点有朝一日可能是构成量子计算机的基本信息单元。量子点是在晶圆(wafer)上产生的，这是一种薄的半导体晶体盘。迄今为止，晶圆上生成此类结构的密度一直难以控制。这种晶圆差不多与啤酒杯垫一样大，而量子点的直径一般只有大约几十纳米。

波鸿鲁尔大学(RUB)和慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员与哥本哈根和巴塞尔的同事合作，改进了这种微型半导体结构的制造工艺。现在，研究人员可以有针对性地创建特定的排列——这是朝着生产具有大量量子点的合适组件迈出的重要一步。该团队于2022年3月28日在《自然·通讯》杂志上发表了这一研究结果。

共同领导并参与了该研究的波鸿鲁尔大学教授Andreas Wieck说：“我们的量子点曾经是像森林里的蘑菇一样生长。我们知道它们会出现在晶圆上的某个地方，但并不确定会出现在哪里。”然后，研究人员在“森林”中选择了一种合适的“蘑菇”进行量子点实验。

在一些最初的实验中，该团队已经尝试影响晶圆上量子点的生长。物理学家用聚焦在一起的离子照射在晶圆的不同点上，从而在半导体晶格中产生缺陷。这些缺陷就像凝聚核一样，引发了量子点的生长。Andreas Wieck说：“但正如人工栽培的蘑菇味道有点淡，而森林里野生的蘑菇味道很好一样，以这种方式创造的量子点不如自然生长的量子点质量高。”因为他们没有完美地辐射光。

因此，该团队继续研究自然生长的量子点。在实验中，啤酒杯垫大小的晶圆被切成几毫米的小矩形。他们无法一次分析整个晶圆，因为他们设备的真空室不够大。然而，研究人员观察到一些被切成矩形的晶圆中包含许多量子点，而另一些则包含的很少。Andreas Wieck回忆道：“最开始，我们并没有注意到它背后的任何系统机理。”

为了深入探讨这个问题，波鸿鲁尔大学的团队与慕尼黑工业大学的同事合作。在他们的分析过程中，研究小组发现晶圆上量子点密度高低的区域分布成一种奇特结构。波鸿鲁尔大学应用固态物理学主席Arne Ludwig博士解释说：“这些结构很容易让人联想到数字图像中经常出现的莫尔条纹。我很快就想到它实际上一定是同心图案即是环型的，并且可以看到这些与我们的晶体生长相关。”

他们利用更高分辨率的测量确认了量子点的密度是呈同心分布的。随后，研究人员证实了这种现象是由于制造工艺导致的。在晶圆生产的第一步中，晶圆上会被涂有额外的原子层。由于涂层系统是呈几何形状的，这会产生具有完整原子层的环形结构，即在这种层中的任何点都没有缺失原子。但在环形之间，会形成了类似的宽阔区域，这些区域缺乏完整的原子层，由于缺少单个原子而具有更粗糙的表面。这对量子点的生长有影响。

Andreas Wieck：“为了继续进形象的说明。你可以认为蘑菇更喜欢在森林地面上生长，而不是在混凝土表面上，即喜欢在晶圆上的粗糙点上生长。”因此，研究人员优化了晶圆涂层工艺，使粗糙区域以规则的间隔(小于一毫米)出现在晶圆上，并且环相交。正如巴塞尔和哥本哈根的研究人员所证明的那样，这导致了具有高质量量子点并且呈几乎像棋盘一样的规则图案排列。(编译:Qtech)