يمكن أن يلعب المكون الإلكتروني الجديد دورًا رئيسيًا في إلكترونيات الكم

يمكن لمكون إلكتروني جديد من TU Wien (فيينا) أن يلعب دورًا رئيسيًا في تطوير تكنولوجيا المعلومات الكمومية. من خلال عملية تصنيع مصممة خصيصًا ، يتم ربط الجرمانيوم النقي بالألمنيوم لتمكين إنشاء واجهات حادة ذريًا. 

تم نشر البحث الذي يتناول بالتفصيل هذه العملية الجديدة في المواد المتقدمة.

تطوير النهج الجديد

ما ينتج عن ذلك هو بنية غير متجانسة من المعدن أشباه الموصلات ، والتي تظهر تأثيرات فريدة في درجات الحرارة المنخفضة. في درجات الحرارة المنخفضة هذه ، يصبح الألمنيوم فائق التوصيل ، ويتم نقل هذه الخاصية إلى شبه موصل الجرمانيوم المجاور. يتيح ذلك أيضًا إمكانية التحكم فيها بشكل خاص باستخدام المجالات الكهربائية.

هذه الخصائص تجعلها مفيدة بشكل خاص للتطبيقات المعقدة في تكنولوجيا الكم. على وجه الخصوص ، يمكن استخدامه لمعالجة البتات الكمومية. لا يتطلب هذا النهج تطوير تقنيات تصنيع جديدة تمامًا منذ وجود أشباه الموصلات يمكن استخدام تقنيات التصنيع لتمكين الإلكترونيات الكمومية القائمة على الجرمانيوم. 

الدكتور مسيار السيستاني هو من معهد إلكترونيات الحالة الصلبة في TU Wien. 

يقول الدكتور السيستاني: "الجرمانيوم مادة ستلعب بالتأكيد دورًا مهمًا في تكنولوجيا أشباه الموصلات لتطوير مكونات أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة". 

مواجهة التحديات

تنشأ مشاكل كبيرة إذا تم استخدامه لإنتاج مكونات على مقياس نانومتر. على وجه الخصوص ، تجعل المادة من الصعب إنتاج اتصالات كهربائية عالية الجودة بسبب التأثير الكبير للشوائب الصغيرة في نقاط التلامس ، والتي يمكن أن تغير الخصائص الكهربائية بشكل كبير.

يقول الدكتور السيستاني: "لقد وضعنا لأنفسنا مهمة تطوير طريقة تصنيع جديدة تتيح خصائص اتصال موثوقة وقابلة للتكرار".

مفتاح هذا النهج هو درجة الحرارة. عندما يتلامس الجرمانيوم والألومنيوم ذو البنية النانومترية ويتم تسخينهما ، تبدأ ذرات كلتا المادتين في الانتشار في المادة الأخرى. ومع ذلك ، يحدث ذلك بدرجات مختلفة. 

تتحرك ذرات الجرمانيوم بسرعة إلى داخل الألومنيوم ، في حين أن الأخير بالكاد ينتشر على الإطلاق.

وهكذا ، إذا قمت بتوصيل اثنين من ملامسات الألمنيوم بسلك نانوي رفيع من الجرمانيوم ورفع درجة الحرارة إلى 350 درجة مئوية ، فإن ذرات الجرمانيوم تنتشر على حافة الأسلاك النانوية. هذا يخلق مساحات فارغة يمكن للألمنيوم اختراقها بسهولة ، "يقول الدكتور السيستاني. "في النهاية ، تتكون مساحة قليلة من النانومتر في منتصف الأسلاك النانوية من الجرمانيوم ، والباقي ممتلئ بالألمنيوم."

تشكل طريقة التصنيع الجديدة بلورة واحدة مثالية يتم فيها ترتيب ذرات الألومنيوم في نمط موحد. هذا يختلف عن الألمنيوم العادي ، والذي يتكون من حبيبات بلورية صغيرة. يتيح ذلك انتقالًا حادًا ذريًا بين الجرمانيوم والألمنيوم.

"لم نتمكن فقط من إثبات الموصلية الفائقة في الجرمانيوم النقي غير المنفتح لأول مرة ، بل تمكنا أيضًا من إظهار أن هذا الهيكل يمكن تبديله بين حالات تشغيل مختلفة تمامًا باستخدام المجالات الكهربائية. لا يمكن أن يكون جهاز النقاط الكمومية الجرمانيوم فائق التوصيل فحسب ، بل أيضًا عازلًا تمامًا ، أو يمكن أن يتصرف مثل ترانزستور جوزيفسون ، وهو عنصر أساسي مهم في الدوائر الإلكترونية الكمومية ، "كما يقول الدكتور السيستاني.

إلى جانب تطبيقاتها النظرية ، يمكن أن يكون لهذه الهياكل الجديدة تأثير كبير على الأجهزة الكمومية في المستقبل.