The reproducible operation of quantum electronic devices is a key requirement for future quantum information processing and spintronics applications. Traditionally, quantum devices have been fabricated from modulation-doped heterostructures, where there is an intrinsic lack of reproducibility due to the random potential from ionized donors. Here, we show that we can greatly improve reproducibility over modulation-doped devices by using a completely undoped architecture, with superior uniformity in the confinement potential and more consistent operating voltages for both electron and hole devices. Our results demonstrate that undoped heterostructures have significant advantages over modulation doping for reproducible manufacturing of quantum devices.

1.
S.
Datta
and
B.
Das
,
Appl. Phys. Lett.
56
,
665
(
1990
).
2.
D.
Loss
and
D. P.
DiVincenzo
,
Phys. Rev. A
57
,
120
(
1998
).
3.
S. A.
Wolf
,
D. D.
Awschalom
,
R. A.
Buhrman
,
J. M.
Daughton
,
S.
von Molnar
,
M. L.
Roukes
,
A. Y.
Chtchelkanova
, and
D. M.
Treger
,
Science
294
,
1488
(
2001
).
4.
D. D.
Awschalom
and
M. E.
Flatte
,
Nat. Phys.
3
,
153
159
(
2007
).
5.
P.
Debray
,
S. M. S.
Rahman
,
J.
Wan
,
R. S.
Newrock
,
M.
Cahay
,
A. T.
Ngo
,
S. E.
Ulloa
,
S. T.
Herbert
,
M.
Muhammad
, and
M.
Johnson
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
759
(
2009
).
6.
T.-M.
Chen
,
M.
Pepper
,
I.
Farrer
,
G. A. C.
Jones
, and
D. A.
Ritchie
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
177202
(
2012
).
7.
Q.-Z.
Yang
,
M. J.
Kelly
,
I.
Farrer
,
H. E.
Beere
, and
G. A. C.
Jones
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
033502
(
2009
).
8.
I. I.
Yakimenko
and
K. F.
Berggren
,
J. Phys.: Condens. Matter.
28
,
105801
(
2016
).
9.
B. E.
Kane
,
L. N.
Pfeiffer
, and
K. W.
West
,
Appl. Phys. Lett.
63
,
2132
(
1993
).
10.
R. L.
Willett
,
L. N.
Pfeiffer
, and
K. W.
West
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
242107
(
2006
).
11.
T. M.
Lu
,
D. C.
Tsui
,
C.-H.
Lee
, and
C. W.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
182102
(
2009
).
12.
J. C. H.
Chen
,
D. Q.
Wang
,
O.
Klochan
,
A. P.
Micolich
,
K.
Das Gupta
,
F.
Sfigakis
,
D. A.
Ritchie
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
, and
A. R.
Hamilton
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
052101
(
2012
).
13.
W. Y.
Mak
,
F.
Sgakis
,
K.
Das Gupta
,
O.
Klochan
,
H. E.
Beere
,
I.
Farrer
,
J. P.
Griths
,
G. A. C.
Jones
,
A. R.
Hamilton
, and
D. A.
Ritchie
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
103507
(
2013
).
14.
A. M.
See
,
I.
Pilgrim
,
B. C.
Scannell
,
R. D.
Montgomery
,
O.
Klochan
,
A. M.
Burke
,
M.
Aagesen
,
P. E.
Lindelof
,
I.
Farrer
,
D. A.
Ritchie
,
R. P.
Taylor
,
A. R.
Hamilton
, and
A. P.
Micolich
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
196807
(
2012
).
15.
H.
Al-Taie
,
L. W.
Smith
,
B.
Xu
,
P.
See
,
J. P.
Griffiths
,
H. E.
Beere
,
G. A. C.
Jones
,
D. A.
Ritchie
,
M. J.
Kelly
, and
C. G.
Smith
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
243102
(
2013
).
16.
L. W.
Smith
,
H.
Al-Taie
,
F.
Sfigakis
,
P.
See
,
A. A. J.
Lesage
,
B.
Xu
,
J. P.
Griffiths
,
H. E.
Beere
,
G. A. C.
Jones
,
D. A.
Ritchie
,
M. J.
Kelly
, and
C. G.
Smith
,
Phys. Rev. B
90
,
045426
(
2014
).
17.
R.
Winkler
,
Spin-Orbit Coupling Effects in Two-Dimensional Electron and Hole Systems
, Springer Tracts in Modern Physics Vol.
191
(
Springer
,
Berlin
,
2003
).
18.
D. V.
Bulaev
and
D.
Loss
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
097202
(
2007
).
19.
V. S.
Pribiag
,
S.
Nadj-Perge
,
S. M.
Frolov
,
J. W. G.
van den Berg
,
I.
van Weperen
,
S. R.
Plissard
,
E. P. A. M.
Bakkers
, and
L. P.
Kouwenhoven
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
170
(
2013
).
20.
A. P.
Higginbotham
,
T. W.
Larsen
,
J.
Yao
,
H.
Yan
,
C. M.
Lieber
,
C. M.
Marcus
, and
F.
Kuemmeth
,
Nano Lett.
14
,
3582
(
2014
).
21.
R.
Maurand
,
X.
Jehl
,
D.
Kotekar-Patil
,
A.
Corna
,
H.
Bohuslavskyi
,
R.
Lavieville
,
L.
Hutin
,
S.
Barraud
,
M.
Vinet
,
M.
Sanquer
, and
S.
De Franceschi
,
Nat. Commun.
7
,
13575
(
2016
).
22.
D. Q.
Wang
,
J. C. H.
Chen
,
O.
Klochan
,
K.
Das Gupta
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
,
D. A.
Ritchie
, and
A. R.
Hamilton
,
Phys. Rev. B
87
,
195313
(
2013
).
23.
K. J.
Thomas
,
J. T.
Nicholls
,
M. Y.
Simmons
,
M.
Pepper
,
D. R.
Mace
, and
D. A.
Ritchie
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
135
(
1996
).
24.
D. J.
Reilly
,
Phys. Rev. B
72
,
033309
(
2005
).
25.
M. J.
Iqbal
,
R.
Levy
,
E. J.
Koop
,
J. B.
Dekker
,
J. P.
de Jong
,
J. H. M.
van der Velde
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
,
R.
Aguado
,
Y.
Meir
, and
C. H.
van der Wal
,
Nature
501
,
79
(
2013
).
26.
L. W.
Smith
,
H.
Al-Taie
,
A. A. J.
Lesage
,
F.
Sfigakis
,
P.
See
,
J. P.
Griffiths
,
H. E.
Beere
,
G. A. C.
Jones
,
D. A.
Ritchie
,
A. R.
Hamilton
,
M. J.
Kelly
, and
C. G.
Smith
,
Phys. Rev. B
91
,
235402
(
2015
).
27.
C.
Buizert
,
F. H. L.
Koppens
,
M.
Pioro-Ladrière
,
H.-P.
Tranitz
,
I. T.
Vink
,
S.
Tarucha
,
W.
Wegscheider
, and
L. M. K.
Vandersypen
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
226603
(
2008
).
28.
A. J.
Daneshvar
,
C. J. B.
Ford
,
A. R.
Hamilton
,
M. Y.
Simmons
,
M.
Pepper
, and
D. A.
Ritchie
,
Phys. Rev. B
55
,
R13409
(
1997
).
29.
L. P.
Rokhinson
,
D. C.
Tsui
,
L. N.
Pfeiffer
, and
K. W.
West
,
Superlattices Microstruct.
32
,
99
(
2002
).
30.
C.
Gerl
,
J.
Bauer
, and
W.
Wegscheider
,
J. Cryst. Growth
301–302
,
145
(
2007
).
You do not currently have access to this content.