Experiments performed at a temperature of a few millikelvins require effective thermalization schemes, low-pass filtering of the measurement lines, and low-noise electronics. Here, we report on the modifications to a commercial dilution refrigerator with a base temperature of 3.5 mK that enable us to lower the electron temperature to 6.7 mK measured from the Coulomb peak width of a quantum dot gate-defined in an [Al]GaAs heteostructure. We present the design and implementation of a liquid 4He immersion cell tight against superleaks, implement an innovative wiring technology, and develop optimized transport measurement procedures.

1.
H. L.
Stormer
,
A.
Chang
,
D. C.
Tsui
,
J. C. M.
Hwang
,
A. C.
Gossard
, and
W.
Wiegmann
,
Phys. Rev. Lett.
50
,
1953
(
1983
).
2.
C.
Nayak
,
S. H.
Simon
,
A.
Stern
,
M.
Freedman
, and
S.
Das Sarma
,
Rev. Mod. Phys.
80
,
1083
(
2008
).
3.
Y.
Cao
,
V.
Fatemi
,
S.
Fang
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
E.
Kaxiras
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nature
556
,
43
(
2018
).
4.
A. P.
Mackenzie
and
Y.
Maeno
,
Rev. Mod. Phys.
75
,
657
(
2003
).
5.
M. Z.
Hasan
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
3045
(
2010
).
6.
F. C.
Wellstood
,
C.
Urbina
, and
J.
Clarke
,
Phys. Rev. B
49
,
5942
(
1994
).
7.
F.
Giazotto
,
T. T.
Heikkilä
,
A.
Luukanen
,
A. M.
Savin
, and
J. P.
Pekola
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
217
(
2006
).
8.
M. L.
Roukes
,
M. R.
Freeman
,
R. S.
Germain
,
R. C.
Richardson
, and
M. B.
Ketchen
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
422
(
1985
).
9.
J. S.
Xia
,
E. D.
Adams
,
V.
Shvarts
,
W.
Pan
,
H. L.
Stormer
, and
D. C.
Tsui
,
Physica B
280
,
491
(
2000
).
10.
J.
Huang
,
J. S.
Xia
,
D. C.
Tsui
,
L. N.
Pfeiffer
, and
K. W.
West
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
226801
(
2007
).
11.
N.
Samkharadze
,
A.
Kumar
,
M. J.
Manfra
,
L. N.
Pfeiffer
,
K. W.
West
, and
G. A.
Csáthy
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
053902
(
2011
).
12.
T.
Knighton
,
Z.
Wu
,
J.
Huang
,
A.
Serafin
,
J. S.
Xia
,
L. N.
Pfeiffer
, and
K. W.
West
,
Phys. Rev. B
97
,
085135
(
2018
).
13.
W.
Pan
,
J.-S.
Xia
,
V.
Shvarts
,
D. E.
Adams
,
H. L.
Stormer
,
D. C.
Tsui
,
L. N.
Pfeiffer
,
K. W.
Baldwin
, and
K. W.
West
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
3530
(
1999
).
15.
O. V.
Lounasmaa
,
Experimental Principles and Methods Below 1K
(
Academic Press
,
London
,
1974
).
16.
A. C.
Clark
,
K. K.
Schwarzwälder
,
T.
Bandi
,
D.
Maradan
, and
D. M.
Zumbühl
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
103904
(
2010
).
17.
J. T.
Tuoriniemi
and
T. A.
Knuuttila
,
Physica B
280
,
474
(
2000
).
18.
M.
Palma
,
D.
Maradan
,
L.
Casparis
,
T.-M.
Liu
,
F. N. M.
Froning
, and
D. M.
Zumbühl
,
Rev. Sci. Instrum.
88
,
043902
(
2017
).
19.
M.
Palma
,
C. P.
Scheller
,
D.
Maradan
,
A. V.
Feshchenko
,
M.
Meschke
, and
D. M.
Zumbühl
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
253105
(
2017
).
20.
N.
Yurttagül
,
M.
Sarsby
, and
A.
Geresdi
,
Phys. Rev. Appl.
12
,
011005
(
2019
).
21.
M.
Sarsby
,
N.
Yurttagül
, and
A.
Geresdi
, e-print arXiv:1903.01388 (
2019
).
22.
Z.
Iftikhar
,
A.
Anthore
,
S.
Jezouin
,
F. D.
Parmentier
,
Y.
Jin
,
A.
Cavanna
,
A.
Ouerghi
,
U.
Gennser
, and
F.
Pierre
,
Nat. Commun.
7
,
12908
(
2016
).
23.
A.
Bid
,
N.
Ofek
,
M.
Heiblum
,
V.
Umansky
, and
D.
Mahalu
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
236802
(
2009
).
24.
V.
Venkatachalam
,
S.
Hart
,
L.
Pfeiffer
,
K.
West
, and
A.
Yacoby
,
Nat. Phys.
8
,
676
(
2012
).
25.
A.
Feshchenko
,
L.
Casparis
,
I.
Khaymovich
,
D.
Maradan
,
O.-P.
Saira
,
M.
Palma
,
M.
Meschke
,
J.
Pekola
, and
D.
Zumbühl
,
Phys. Rev. Appl.
4
,
034001
(
2015
).
26.
T. A.
Knuuttila
,
K. K.
Nummila
,
W.
Yao
,
J. P.
Kauppinen
, and
J. P.
Pekola
,
Physica E
3
,
224
(
1998
).
27.
L.
Casparis
,
M.
Meschke
,
D.
Maradan
,
A. C.
Clark
,
C. P.
Scheller
,
K. K.
Schwarzwälder
,
J. P.
Pekola
, and
D. M.
Zumbühl
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
083903
(
2012
).
28.
D. I.
Bradley
,
R. E.
George
,
D.
Gunnarsson
,
R. P.
Haley
,
H.
Heikkinen
,
Y. A.
Pashkin
,
J.
Penttilä
,
J. R.
Prance
,
M.
Prunnila
,
L.
Roschier
, and
M.
Sarsby
,
Nat. Commun.
7
,
10455
(
2016
).
29.
L. P.
Kouwenhoven
,
D. G.
Austing
, and
S.
Tarucha
,
Rep. Prog. Phys.
64
,
701
(
2001
).
30.
M.
Ciorga
,
A. S.
Sachrajda
,
P.
Hawrylak
,
C.
Gould
,
P.
Zawadzki
,
S.
Jullian
,
Y.
Feng
, and
Z.
Wasilewski
,
Phys. Rev. B
61
,
R16315
(
2000
).
31.
J.
Nakamura
,
S.
Fallahi
,
H.
Sahasrabudhe
,
R.
Rahman
,
S.
Liang
,
G. C.
Gardner
, and
M. J.
Manfra
,
Nat. Phys.
15
,
563
(
2019
).
32.
T.
Ihn
,
Semiconductor Nanostructures: Quantum States and Electronic Transport
(
Oxford University Press
,
2010
).
33.
D.
Maradan
,
L.
Casparis
,
T.-M.
Liu
,
D. E. F.
Biesinger
,
C. P.
Scheller
,
D. M.
Zumbühl
,
J. D.
Zimmerman
, and
A. C.
Gossard
,
J. Low Temp. Phys.
175
,
784
(
2014
).
34.
J.
Engert
,
J.
Beyer
,
D.
Drung
,
A.
Kirste
,
D.
Heyer
,
A.
Fleischmann
,
C.
Enss
, and
H.-J.
Barthelmess
,
J. Phys.: Conf. Ser.
150
,
012012
(
2009
).
35.
J.
Wilks
and
D. S.
Betts
,
An Introduction to Liquid Helium
(
Clarendon Press
,
1987
).
36.
F.
Pobell
,
Matter and Methods at Low Temperatures
(
Springer-Verlag
,
1992
).
37.
M. R.
Baren
,
Bull. Alloy Phase Diagrams
11
,
334
(
1990
).
38.
B.
Bräm
, “
Imaging charge transport through nanostructures on high-mobility electron gases
,” Ph.D. thesis,
ETH Zürich
,
2018
, diss. ETH No. 25394.
39.
J.
Ekin
,
Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements: Cryostat Design, Material Properties and Superconductor Critical-Current Testing
(
OUP
,
Oxford
,
2006
).
40.
M.
Thalmann
,
H.-F.
Pernau
,
C.
Strunk
,
E.
Scheer
, and
T.
Pietsch
,
Rev. Sci. Instrum.
88
,
114703
(
2017
).
41.
C. P.
Scheller
,
S.
Heizmann
,
K.
Bedner
,
D.
Giss
,
M.
Meschke
,
D. M.
Zumbühl
,
J. D.
Zimmerman
, and
A. C.
Gossard
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
211106
(
2014
).
42.
F.
Mueller
,
R. N.
Schouten
,
M.
Brauns
,
T.
Gang
,
W. H.
Lim
,
N. S.
Lai
,
A. S.
Dzurak
,
W. G.
van der Wiel
, and
F. A.
Zwanenburg
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
044706
(
2013
).
43.
A. B.
Zorin
,
Rev. Sci. Instrum.
66
,
4296
(
1995
).
44.
L. P.
Kouwenhoven
,
C. M.
Marcus
,
P. L.
Mceuen
,
S.
Tarucha
, and
N. S.
Wingreen
, in
Mesoscopic Electron Transport
, NATO Advanced Studies Institute, Series E: Applied Sciences Vol. 345, edited by
L. L.
Sohn
,
L. P.
Kouwenhoven
, and
G.
Schön
(
Kluwer Academic
,
Dordrecht
,
1997
), p.
16
.
45.
A.
Hofmann
,
V.
Maisi
,
C.
Gold
,
T.
Krähenmann
,
C.
Rössler
,
J.
Basset
,
P.
Märki
,
C.
Reichl
,
W.
Wegscheider
,
K.
Ensslin
, and
T.
Ihn
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
206803
(
2016
).
46.
A.
Hofmann
,
V.
Maisi
,
T.
Krähenmann
,
C.
Reichl
,
W.
Wegscheider
,
K.
Ensslin
, and
T.
Ihn
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
176807
(
2017
).
47.
S.
De Franceschi
,
S.
Sasaki
,
J. M.
Elzerman
,
W. G.
van der Wiel
,
S.
Tarucha
, and
L. P.
Kouwenhoven
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
878
(
2001
).
48.
L.
DiCarlo
,
H. J.
Lynch
,
A. C.
Johnson
,
L. I.
Childress
,
K.
Crockett
,
C. M.
Marcus
,
M. P.
Hanson
, and
A. C.
Gossard
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
226801
(
2004
).
49.
OPA140, 11 MHz, Single Supply, Low Noise, Precision, Rail-to-Rail Output, JFET Amplifier, www.TI.com.
50.
P.
Märki
,
B. A.
Bräm
, and
T.
Ihn
,
Rev. Sci. Instrum.
88
,
085106
(
2017
).
You do not currently have access to this content.