We report on the development and testing of a coplanar stripline antenna that is designed for integration in a magneto-photoluminescence experiment to allow coherent control of individual electron spins confined in single self-assembled semiconductor quantum dots. We discuss the design criteria for such a structure which is multi-functional in the sense that it serves not only as microwave delivery but also as electrical top gate and shadow mask for the single quantum dot spectroscopy. We present test measurements on hydrogenated amorphous silicon, demonstrating electrically detected magnetic resonance using the in-plane component of the oscillating magnetic field created by the coplanar stripline antenna necessary due to the particular geometry of the quantum dot spectroscopy. From reference measurements using a commercial electron spin resonance setup in combination with finite element calculations simulating the field distribution in the structure, we obtain a magnetic field of 0.12 mT at the position where the quantum dots would be integrated into the device. The corresponding π-pulse time of ≈0.5 μs meets the requirements set by the high sensitivity optical spin read-out scheme developed for the quantum dot.

1.
D.
Loss
and
D. P.
DiVincenzo
,
Phys. Rev. A
57
,
120
(
1998
).
2.
T. D.
Ladd
,
F.
Jelezko
,
R.
Laflamme
,
Y.
Nakamura
,
C.
Monroe
, and
J. L.
OBrien
,
Nature (London)
464
,
45
(
2010
).
3.
M.
Atature
,
J.
Dreiser
,
A.
Badolato
,
A.
Högele
,
K.
Karrai
, and
A.
Imamoglu
,
Science
312
,
551
(
2006
).
4.
D.
Heiss
,
V.
Jovanov
,
F.
Klotz
,
D.
Rudolph
,
M.
Bichler
,
G.
Abstreiter
,
M. S.
Brandt
, and
J. J.
Finley
,
Phys. Rev. B
82
,
245316
(
2010
).
5.
D.
Heiss
,
V.
Jovanov
,
M.
Bichler
,
G.
Abstreiter
, and
J. J.
Finley
,
Phys. Rev. B
77
,
235442
(
2008
).
6.
D.
Heiss
,
V.
Jovanov
,
M.
Caesar
,
M.
Bichler
,
G.
Abstreiter
, and
J. J.
Finley
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
072108
(
2009
).
7.
F. H. L.
Koppens
,
C.
Buizert
,
K. J.
Tielrooij
,
I. T.
Vink
,
K. C.
Nowack
,
T.
Meunier
,
L. P.
Kouwenhoven
, and
L. M. K.
Vandersypen
,
Nature (London)
442
,
766
(
2006
).
8.
F. H. L.
Koppens
,
K. C.
Nowack
, and
L. M. K.
Vandersypen
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
236802
(
2008
).
9.
J. M.
Elzerman
,
R.
Hanson
,
L. H.
Willems van Beveren
,
B.
Witkamp
,
L. M. K.
Vandersypen
, and
L. P.
Kouwenhoven
,
Nature (London)
430
,
431
(
2004
).
10.
R.
Hanson
,
L. H.
Willems van Beveren
,
I. T.
Vink
,
J. M.
Elzerman
,
W. J. M.
Naber
,
F. H. L.
Koppens
,
L. P.
Kouwenhoven
, and
L. M. K.
Vandersypen
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
196802
(
2005
).
11.
A. N.
Vamivakas
,
C.-Y.
Lu
,
C.
Matthiesen
,
Y.
Zhao
,
S.
Fält
,
A.
Badolato
, and
M.
Atatüre
,
Nature (London)
467
,
297
(
2010
).
12.
C. J.
Gorter
,
Physica
3
,
995
(
1936
).
13.
E.
Zavoisky
,
J. Phys. USSR
9
,
211
(
1945
).
14.
A.
Morello
,
J. J.
Pla
,
F. A.
Zwanenburg
,
K. W.
Chan
,
K. Y.
Tan
,
H.
Huebl
,
M.
Möttönen
,
C. D.
Nugroho
,
C.
Yang
,
J. A.
van Donkelaar
,
A. D. C.
Alves
,
D. N.
Jamieson
,
C. C.
Escott
,
L. C. L.
Hollenberg
,
R. G.
Clark
, and
A. S.
Dzurak
,
Nature (London)
467
,
687
(
2010
).
15.
F.
Jelezko
,
T.
Gaebel
,
I.
Popa
,
A.
Gruber
, and
J.
Wrachtrup
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
076401
(
2004
).
16.
R. M.
Potok
,
J. A.
Folk
,
C. M.
Marcus
,
V.
Umansky
,
M.
Hanson
, and
A. C.
Gossard
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
016802
(
2003
).
17.
A.
Kogan
,
S.
Amasha
,
D.
Goldhaber-Gordon
,
G.
Granger
,
M. A.
Kastner
, and
H.
Shtrikman
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
166602
(
2004
).
18.
Y.
Ducommun
,
M.
Kroutvar
,
J. J.
Finley
,
M.
Bichler
,
A.
Zrenner
, and
G.
Abstreiter
,
Physica E
21
,
886
(
2004
).
19.
R. J.
Warburton
,
C.
Schaflein
,
D.
Haft
,
F.
Bickel
,
A.
Lorke
,
K.
Karrai
,
J. M.
Garcia
,
W.
Schoenfeld
, and
P. M.
Petroff
,
Nature (London)
405
,
6789
(
2000
).
20.
M.
Kroner
,
K. M.
Weiss
,
B.
Biedermann
,
S.
Seidl
,
S.
Manus
,
A. W.
Holleitner
,
A.
Badolato
,
P. M.
Petroff
,
B. D.
Gerardot
,
R. J.
Warburton
, and
K.
Karrai
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
156803
(
2008
).
21.
D.
Press
,
K.
De Greve
,
P. L.
McMahon
,
T. D.
Ladd
,
B.
Friess
,
C.
Schneider
,
M.
Kamp
,
S.
Hoefling
,
A.
Forchel
, and
Y.
Yamamoto
,
Nat. Photonics
4
,
367
(
2010
).
22.
L. H.
Willems van Beveren
,
H.
Huebl
,
D. R.
McCamey
,
T.
Duty
,
A. J.
Ferguson
,
R. G.
Clark
, and
M. S.
Brandt
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
072102
(
2008
).
23.
L.
Dreher
,
T. A.
Hilker
,
A.
Brandlmaier
,
S. T. B.
Goennenwein
,
H.
Huebl
,
M.
Stutzmann
, and
M. S.
Brandt
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
037601
(
2011
).
24.
G. D.
Fuchs
,
V. V.
Dobrovitski
,
D. M.
Toyli
,
F. J.
Heremans
, and
D. D.
Awschalom
,
Science
326
,
1520
(
2009
).
25.
The depicted structure was, e.g., used in
F.
Klotz
,
V.
Jovanov
,
J.
Kierig
,
E. C.
Clark
,
D.
Rudolph
,
D.
Heiss
,
M.
Bichler
,
G.
Abstreiter
, and
M. S.
Brandt
,
J. J.
Finley
,
Appl. Phys. Lett
96
,
053113
(
2010
).
26.
S.
Kim
,
S.
Jeong
,
Y. T.
Lee
,
D. H.
Kim
,
J. S.
Lim
,
K. S.
Seo
, and
S.
Nam
,
Electron. Lett.
38
,
622
(
2002
).
27.
D. E.
Anagnostou
,
M.
Morton
,
J.
Papapolymerou
, and
C. G.
Christodoulou
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
56
,
1
(
2008
).
28.
A.
Butrym
and
S.
Pivnenko
,
IEEE Aerosp. Electron. Syst. Mag.
107
(
2004
).
29.
D.
Kaplan
,
I.
Solomon
, and
N. F.
Mott
,
J. Phys. (Paris), Lett.
39
,
L51
(
1978
).
30.
I.
Solomon
,
D.
Biegelsen
, and
J. C.
Knights
,
Solid State Commun.
22
,
505
(
1977
).
31.
R. A.
Street
,
Phil. Mag. B
46
,
273
(
1982
).
32.
H.
Dersch
,
L.
Schweitzer
, and
J.
Stuke
,
Phys. Rev. B
28
,
4678
(
1983
).
33.
M.
Stutzmann
and
D. K.
Biegelsen
,
Phys. Rev. B
40
,
9834
(
1989
).
34.
M.
Fehr
,
A.
Schnegg
,
B.
Rech
,
K.
Lips
,
F.
Finger
,
O.
Astakhov
,
G.
Pfanner
,
C.
Freysoldt
,
J.
Neugebauer
,
R.
Bittl
, and
C.
Teutloff
,
Phys. Rev. B
(submitted).
35.
C. P.
Poole
,
Electron Spin Resonance: A Comprehensive Treatise on Experimental Techniques
, 2nd ed. (
Wiley
,
New York
,
1983
).
36.
M.
Stutzmann
and
D. K.
Biegelsen
,
Phys. Rev. B
34
,
3093
(
1986
).
37.
G.
Kawachi
,
C. F. O.
Graeff
,
M. S.
Brandt
, and
M.
Stutzmann
,
Jpn. J. Appl. Phys.
36
,
121
(
1997
).
38.
The calcualtions show that this is possible since there is no significant difference in relative and absoulte field distribution between 100 nm and 1 μm beneath the sample surface.
39.
D.
Heiss
,
S.
Schaeck
,
H.
Huebl
,
M.
Bichler
,
G.
Abstreiter
,
J. J.
Finley
,
D. V.
Bulaev
, and
D.
Loss
,
Phys. Rev. B
76
,
241306
R
(
2007
).
40.
M.
Kroutvar
,
Y.
Ducommun
,
D.
Heiss
,
M.
Bichler
,
D.
Schuh
,
G.
Abstreiter
, and
J. J.
Finley
,
Nature (London)
432
,
81
(
2004
).
41.
A.
Greilich
,
D. R.
Yakovlev
,
A.
Shabaev
,
Al. L.
Efros
,
I. A.
Yugova
,
R.
Oulton
,
V.
Stavarache
,
D.
Reuter
,
A.
Wieck
, and
M.
Bayer
,
Science
313
,
341
(
2006
).
42.
M.
Bayer
,
G.
Ortner
,
O.
Stern
,
A.
Kuther
,
A. A.
Gorbunov
,
A.
Forchel
,
P.
Hawrylak
,
S.
Fafard
,
K.
Hinzer
,
T. L.
Reinecke
,
S. N.
Walck
,
J. P.
Reithmaier
,
F.
Klopf
, and
F.
Schäfer
,
Phys. Rev. B
65
,
195315
(
2002
).
You do not currently have access to this content.