We report on the demonstration of a silicon-based quantum cellular automata (QCA) unit cell incorporating two pairs of metallically doped (n+) phosphorus-implanted nanoscale dots, separated from source and drain reservoirs by nominally undoped tunnel barriers. Metallic cell control gates, together with AlAlOx single electron transistors for noninvasive cell-state readout, are located on the device surface and capacitively coupled to the buried QCA cell. Operation at subkelvin temperatures was demonstrated by switching of a single electron between output dots, induced by a driven single electron transfer in the input dots. The stability limits of the QCA cell operation were also determined.

1.
C. S.
Lent
,
P. D.
Tougaw
,
W.
Porod
, and
G. H.
Bernstein
,
Nanotechnology
4
,
49
(
1993
).
2.
A. O.
Orlov
,
I.
Amlani
,
G. H.
Bernstein
,
C. S.
Lent
, and
G. L.
Snider
,
Science
277
,
928
(
1997
).
3.
R. P.
Cowburn
and
M. E.
Welland
,
Science
287
,
1466
(
2000
).
4.
S.
Gardelis
,
C. G.
Smith
,
J.
Cooper
,
D. A.
Ritchie
,
E. H.
Linfield
, and
Y.
Jin
,
Phys. Rev. B
67
,
033302
(
2003
).
5.
J. H.
Cole
,
A. D.
Greentree
,
C. J.
Wellard
,
L. C. L.
Hollenberg
, and
S.
Prawer
,
Phys. Rev. B
71
,
115302
(
2005
).
6.
M. H.
Devoret
and
R. J.
Schoelkopf
,
Nature (London)
406
,
1039
(
2000
).
7.
V. C.
Chan
,
T. M.
Buehler
,
A. J.
Ferguson
,
D. R.
McCamey
,
D. J.
Reilly
,
A. S.
Dzurak
,
R. G.
Clark
,
C.
Yang
, and
D. N.
Jamieson
, e-print cond-mat/0602538.
8.
T. A.
Fulton
and
G. J.
Dolan
,
Phys. Rev. Lett.
59
,
109
(
1987
).
9.
T. M.
Buehler
,
D. J.
Reilly
,
R.
Brenner
,
A. R.
Hamilton
,
A. S.
Dzurak
, and
R. G.
Clark
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
577
(
2003
).
10.
W. G.
van der Wiel
,
S. D.
Franceschi
,
J. M.
Elzerman
,
T.
Fujisawa
,
S.
Tarucha
, and
L. P.
Kouwenhoven
,
Rev. Mod. Phys.
75
,
1
(
2003
).
11.
I.
Amlani
,
A. O.
Orlov
,
G. L.
Snider
,
C. S.
Lent
, and
G. H.
Bernstein
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
2179
(
1998
).
12.
W.
Porod
,
C. S.
Lent
,
G. H.
Bernstein
,
A. O.
Orlov
,
I.
Amlani
,
G. L.
Snider
, and
J. L.
Merz
,
Int. J. Electron.
86
,
549
(
1999
).
13.
A. O.
Orlov
,
R.
Kummamuru
,
R.
Ramasubramaniam
,
C. S.
Lent
,
G. H.
Bernstein
, and
G. L.
Snider
,
Surf. Sci.
532
,
1193
(
2003
).
14.
A.
Fujiwara
,
H.
Inokawa
,
K.
Yamazaki
,
H.
Namatsu
,
Y.
Takahashi
,
N. M.
Zimmerman
, and
S. B.
Martin
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
053121
(
2006
).
15.
D. N.
Jamieson
,
C.
Yang
,
T.
Hopf
,
S. M.
Hearne
,
C. I.
Pakes
,
S.
Prawer
,
M.
Mitic
,
E.
Gauja
,
S. E.
Andresen
,
F. E.
Hudson
,
A. S.
Dzurak
, and
R. G.
Clark
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
202101
(
2005
).
16.
S. R.
Schofield
,
N. J.
Curson
,
M. Y.
Simmons
,
F. J.
Ruess
,
T.
Hallam
,
L.
Oberbeck
, and
R. G.
Clark
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
136104
(
2003
).
You do not currently have access to this content.