窄带InSb半导体材料以其高电子迁移率、大Lande g因子和强载流子轨道耦合特性而闻名，已成为载流子电子学、红外探测、热电和化合物半导体超导器件的重要选择。 新型量子比特和拓扑量子比特的候选材料。 由InSb制成的低维纳米结构，例如纳米面条或纳米结构（或量子阱），由于丰富的量子现象和优异的可控性也显示出巨大的潜力。 然而，InSb量子阱由于晶格常数大，难以在绝缘衬底上外延生长。 解决这个问题的一种方法是自下而上地独立生长无缺陷的纳米结构。 这些通过气-液-固（VLS）生长的纳米片结构具有极高的晶体质量，显示出单晶或近单晶硅的优异特性。 在之前的研究中，生长过程几乎总是源自单个催化剂种子颗粒，因此对位置、产率和方向几乎无法控制。
巴塞罗那理工学院Erik院长指导中学生Marco等人与中国科学技术大学数学研究所/上海数学国家研究中心HX-Q02组特聘研究员沉杰合作汇态化学与张志远、李国安、石家宇、杨光等中学生合作开发了一种在预定位置、以预设数量（频率）和固定方向/排列生长纳米结构（可控生长）的新方法通过金属有机液相外延（MOVPE）量子物理基础，并在其制备过程中采用高温电输运检测，在量子成分中观察到了不同晶体结构对应的特征结构。 通过这种方式，通过在基板上制作 V 形槽切口并精确控制从倾斜且相对的 {111}B 面生长的成对纳米罐的合并来生产纳米片。
图1(a) InSb纳米表面和纳米片基底的示意图。 在 InP (100) 晶圆上制作 V 形槽切口（“沟槽”），露出 (111) B 面。 通过在InP(111)B切割表面上的预定位置爆炸来制备金颗粒，并在其上生长InSb纳米面。 通过在相对的 InP(111)B 面上沉积 Au 粒子，InSb 纳米面将合并产生 e) 纳米桥和 f) 纳米片。
纳米块的形貌和晶体结构由两个那拉面的相对取向决定。 TEM和其他分析结果表明，存在三种不同的纳米片形貌与不同的氢键排列相关：无氢键（I型）、Σ3-氢键（II型）和Σ9-氢键（III型）。 随后的组件制备和输运测试表明，I型和II型均表现出良好的输运性能，具有良好的量子霍尔效应，并具有量子化平台，同时还具有较高的场效应迁移率。 . 相比之下，由于特殊构象的存在，III型纳米表面表现出迁移率显着增加和较差的量子霍尔行为，并且在展宽光谱中观察到象征势垒的零展宽浊度谷。 这种现象归因于Σ9氢键带来的势垒对输运性质的影响。
图2 三种InSb纳米片的晶体取向和最终形貌之间的关系。
图3 三种InSb纳米片的形貌演变。
这项研究的结果表明，通过这些方法制备的I型和II型纳米片表现出潜在的传输特性，并且适用于各种量子组件。 特别是，这些生长方案使 InSb 纳米表面能够与 InSb 纳米片一起生长，两者都具有预定的位置和方向，并且可以创建复杂的阴影几何形状和纳米表面网络形状。 一旦与超导体定向沉积相结合，就可以用最少的制备步骤形成高质量的InSb超导复合量子元件，为拓扑量子位和新型复合量子位提供元件平台。 据悉量子物理基础，与分子束外延（MBE）生长的InSb纳米片相比，这些技术生长的InSb纳米片更薄，更有利于量子化现象的发生并降低可控性。
图4 三种纳米片的高温电传输检测。 ac) 将两端的浊度显示为背栅电流 Vbg 和磁场 B 的函数，即 扇形图。 插图中显示的是伪彩色 SEM 图像。 纳米薄片与铝电极（红色）接触，Σ3 和 Σ9 氢键分别用红色和绿色实线标记。 df) ac) 在 4T、8T 和 11T 的扇形图的横截面，显示量化平台的存在与否。 gi)是三种纳米片在低磁场下的微分浊度dI/dV与Vbias和Vbg之间的函数关系。 可以看出，在i)中，存在与晶粒对应的零加宽浊谷。 j) 由三种不同类型的纳米片制成的八种元素的场效应迁移率，显示了三种类型的纳米片的不同迁移率。
相关研究成果于2023年2月8日以“andof-”为题在线发表。 该工作得到了国家自然科学基金（和）、中国科学技术大学先导项目（）、上海科技新星（Z2144）和极端条件综合实验装置（SECUF）的支持。
