Quantum confinement and manipulation of charge carriers are critical for achieving devices practical for quantum technologies. The interplay between electron spin and valley, as well as the possibility to address their quantum states electrically and optically, makes two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides an emerging platform for the development of quantum devices. In this work, we fabricate devices based on heterostructures of layered 2D materials, in which we realize gate-controlled tungsten diselenide (WSe2) hole quantum dots. We discuss the observed mesoscopic transport features related to the emergence of quantum dots in the WSe2 device channel, and we compare them to a theoretical model.

1.
J. A.
Brum
and
P.
Hawrylak
,
Superlattices Microstruct.
22
,
431
(
1997
).
2.
D.
Loss
and
D. P.
DiVincenzo
,
Phys. Rev. A
57
,
120
(
1998
).
3.
M.
Ciorga
,
A. S.
Sachrajda
,
P.
Hawrylak
,
C.
Gould
,
P.
Zawadzki
,
S.
Jullian
,
Y.
Feng
, and
Z.
Wasilewski
,
Phys. Rev. B
61
,
R16315
(
2000
).
4.
J. M.
Elzerman
,
R.
Hanson
,
J. S.
Greidanus
,
L. H. W.
van Beveren
,
S. D.
Franceschi
,
L. M. K.
Vandersypen
,
S.
Tarucha
, and
L. P.
Kouwenhoven
,
Phys. Rev. B
67
,
161308
(
2003
).
5.
L.
Gaudreau
,
A.
Kam
,
G.
Granger
,
S. A.
Studenikin
,
P.
Zawadzki
, and
A. S.
Sachrajda
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
193101
(
2009
).
6.
D.
Zajac
,
T.
Hazard
,
X.
Mi
,
E.
Nielsen
, and
J.
Petta
,
Phys. Rev. Appl.
6
,
054013
(
2016
).
7.
J. M.
Nichol
,
L. A.
Orona
,
S. P.
Harvey
,
S.
Fallahi
,
G. C.
Gardner
,
M. J.
Manfra
, and
A.
Yacoby
,
npj Quantum Inf.
3
,
3
(
2017
).
8.
D. M.
Zajac
,
A. J.
Sigillito
,
M.
Russ
,
F.
Borjans
,
J. M.
Taylor
,
G.
Burkard
, and
J. R.
Petta
,
Science
359
,
439
(
2018
).
9.
R.
Hanson
,
L. P.
Kouwenhoven
,
J. R.
Petta
,
S.
Tarucha
, and
L. M. K.
Vandersypen
,
Rev. Mod. Phys.
79
,
1217
(
2007
).
10.
M.
Veldhorst
,
J. C. C.
Hwang
,
C. H.
Yang
,
A. W.
Leenstra
,
B.
de Ronde
,
J. P.
Dehollain
,
J. T.
Muhonen
,
F. E.
Hudson
,
K. M.
Itoh
,
A.
Morello
, and
A. S.
Dzurak
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
981
(
2014
).
11.
P.
Lodahl
,
Quantum Sci. Technol.
3
,
013001
(
2018
).
12.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
(
2013
).
13.
M.
Atatüre
,
D.
Englund
,
N.
Vamivakas
,
S.-Y.
Lee
, and
J.
Wrachtrup
,
Nat. Rev. Mater.
3
,
38
(
2018
).
14.
X.
Liu
and
M. C.
Hersam
,
Nat. Rev. Mater.
4
,
669
(
2019
).
15.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
16.
A.
Kormányos
,
V.
Zólyomi
,
N. D.
Drummond
, and
G.
Burkard
,
Phys. Rev. X
4
,
039901
(
2014
).
17.
R.
Pisoni
,
Y.
Lee
,
H.
Overweg
,
M.
Eich
,
P.
Simonet
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
R.
Gorbachev
,
T.
Ihn
, and
K.
Ensslin
,
Nano Lett.
17
,
5008
(
2017
).
18.
Z.-Z.
Zhang
,
X.-X.
Song
,
G.
Luo
,
G.-W.
Deng
,
V.
Mosallanejad
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
H.-O.
Li
,
G.
Cao
,
G.-C.
Guo
,
F.
Nori
, and
G.-P.
Guo
,
Sci. Adv.
3
,
e1701699
(
2017
).
19.
R.
Pisoni
,
Z.
Lei
,
P.
Back
,
M.
Eich
,
H.
Overweg
,
Y.
Lee
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
T.
Ihn
, and
K.
Ensslin
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
123101
(
2018
).
20.
K.
Wang
,
K. D.
Greve
,
L. A.
Jauregui
,
A.
Sushko
,
A.
High
,
Y.
Zhou
,
G.
Scuri
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
M. D.
Lukin
,
H.
Park
, and
P.
Kim
,
Nat. Nanotechnol.
13
,
128
(
2018
).
21.
S.
Davari
,
J.
Stacy
,
A.
Mercado
,
J.
Tull
,
R.
Basnet
,
K.
Pandey
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
J.
Hu
, and
H.
Churchill
,
Phys. Rev. Appl.
13
,
054058
(
2020
).
22.
D.
Rhodes
,
S. H.
Chae
,
R.
Ribeiro-Palau
, and
J.
Hone
,
Nat. Mater.
18
,
541
(
2019
).
23.
R.
Plumadore
,
M.
Baskurt
,
J.
Boddison-Chouinard
,
G.
Lopinski
,
M.
Modarresi
,
P.
Potasz
,
P.
Hawrylak
,
H.
Sahin
,
F. M.
Peeters
, and
A.
Luican-Mayer
,
Phys. Rev. B
102
,
205408
(
2020
).
24.
X.-X.
Song
,
D.
Liu
,
V.
Mosallanejad
,
J.
You
,
T.-Y.
Han
,
D.-T.
Chen
,
H.-O.
Li
,
G.
Cao
,
M.
Xiao
,
G.-C.
Guo
, and
G.-P.
Guo
,
Nanoscale
7
,
16867
(
2015
).
25.
X.-X.
Song
,
Z.-Z.
Zhang
,
J.
You
,
D.
Liu
,
H.-O.
Li
,
G.
Cao
,
M.
Xiao
, and
G.-P.
Guo
,
Sci. Rep.
5
,
16113
(
2015
).
26.
L.
Wang
,
I.
Meric
,
P. Y.
Huang
,
Q.
Gao
,
Y.
Gao
,
H.
Tran
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
L. M.
Campos
,
D. A.
Muller
,
J.
Guo
,
P.
Kim
,
J.
Hone
,
K. L.
Shepard
, and
C. R.
Dean
,
Science
342
,
614
(
2013
).
27.
J.
Boddison-Chouinard
,
R.
Plumadore
, and
A.
Luican-Mayer
,
J. Visualized Exp.
149
,
e59727
(
2019
).
28.
J.
Boddison-Chouinard
,
S.
Scarfe
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
A.
Luican-Mayer
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
231603
(
2019
).
29.
H. C. P.
Movva
,
A.
Rai
,
S.
Kang
,
K.
Kim
,
B.
Fallahazad
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
E.
Tutuc
, and
S. K.
Banerjee
,
ACS Nano
9
,
10402
(
2015
).
30.
A. M.
Goossens
,
V. E.
Calado
,
A.
Barreiro
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
L. M. K.
Vandersypen
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
073110
(
2012
).
31.
M. R.
Rosenberger
,
H.-J.
Chuang
,
K. M.
McCreary
,
A. T.
Hanbicki
,
S. V.
Sivaram
, and
B. T.
Jonker
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
10379
(
2018
).
32.
N.
Pradhan
,
D.
Rhodes
,
S.
Memaran
,
J.
Poumirol
,
D.
Smirnov
,
S.
Talapatra
,
S.
Feng
,
N.
Perea-Lopez
,
A.
Elias
,
M.
Terrones
 et al,
Sci. Rep.
5
,
08979
(
2015
).
33.
A. F.
Young
,
C. R.
Dean
,
I.
Meric
,
S.
Sorgenfrei
,
H.
Ren
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
J.
Hone
,
K. L.
Shepard
, and
P.
Kim
,
Phys. Rev. B
85
,
235458
(
2012
).
34.
M.
Bieniek
,
M.
Korkusiński
,
L.
Szulakowska
,
P.
Potasz
,
I.
Ozfidan
, and
P.
Hawrylak
,
Phys. Rev. B
97
,
085153
(
2018
).
35.
A.
Alt intaş
,
M.
Bieniek
,
A.
Dusko
,
M.
Korkusiński
,
J.
Pawłowski
, and
P.
Hawrylak
, arXiv:2106.15090 (
2021
).
36.
M.
Bieniek
,
L.
Szulakowska
, and
P.
Hawrylak
,
Phys. Rev. B
101
,
035401
(
2020
).
37.
L.
Szulakowska
,
M.
Cygorek
,
M.
Bieniek
, and
P.
Hawrylak
,
Phys. Rev. B
102
,
245410
(
2020
).
38.
S.
Raymond
,
S.
Studenikin
,
A.
Sachrajda
,
Z.
Wasilewski
,
S.-J.
Cheng
,
W.
Sheng
,
P.
Hawrylak
,
A.
Babinski
,
M.
Potemski
,
G.
Ortner
 et al,
Phys. Rev. Lett.
92
,
187402
(
2004
).
39.
M.
Korkusinski
,
W.
Sheng
, and
P.
Hawrylak
,
Phys. Status Solidi (b)
238
,
246
(
2003
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.