Επιστημονική Πρόοδος για την Επιτάχυνση της Συνθετικής Τεχνολογίας Κουβαρίσματος με Βάση το Διαμάντι

Δύο νέες επιστημονικές ανακαλύψεις θα επιταχύνουν την ανάπτυξη της συνθετικής τεχνολογίας κουβαρίσματος με βάση το διαμάντι, η οποία προορίζεται να βελτιώσει την κλιμάκωση και να μειώσει δραστικά το κόστος παραγωγής.

Ο υπολογιστής και το κινητό τηλέφωνο συχνά βασίζονται στο πυρίτιο, αλλά το διαμάντι έχει συγκεκριμένες ιδιότητες που το καθιστούν χρήσιμο ως βάση για τεχνολογίες κουβαρίσματος όπως οι κβαντικοί υπερυπολογιστές, οι ασφαλείς επικοινωνίες και οι αισθητήρες.

Υπάρχουν δύο μεγάλοι εμπόδιοι σε αυτήν την προσέγγιση. Πρώτον, είναι δύσκολο να κατασκευαστεί το στρώμα μονοκρυσταλλικού διαμαντιού, το οποίο είναι λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του μέτρου, και δεύτερον, τα κόστη είναι υψηλά.

Νέα Επιστημονικά Έργα

Δύο新的 επιστημονικά έργα από το ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας της Νέας Νότιας Ουαλίας (UTS) έχουν δημοσιευθεί πρόσφατα και αντιμετωπίζουν αυτά τα ζητήματα. Η ερευνητική ομάδα lideredBy τον Καθηγητή Igor Aharonovich, και τα έργα έχουν δημοσιευθεί στο Nanoscale και Advanced Quantum Technologies.

«Για το διαμάντι να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές κουβαρίσματος, πρέπει να σχεδιάσουμε με ακρίβεια «οπτικές ελαττώματα» στις συσκευές διαμαντιού — κενά και οδηγούς — για να ελέγχουμε, να χειριζόμαστε και να διαβάζουμε πληροφορίες υπό μορφή κβαντικών bit — την κβαντική εκδοχή των κλασικών bit υπολογιστή», είπε ο Καθηγητής Aharonovich.

«Είναι σαν να κόβουμε τρύπες ή να σκαλίζουμε χαράδρες σε ένα υπέρλεπτο φύλλο διαμαντιού, για να διασφαλίσουμε ότι το φως ταξιδεύει και ανακλάται στην επιθυμητή κατεύθυνση», συνέχισε.

Η ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει μονοδιάστατους φωτονικούς κρυστάλλους με τη開発 μιας νέας μεθόδου σκληρής μάσκας, η οποία βασίζεται σε ένα λεπτό μεταλλικό στρώμα wolfram για να προτυπώσει τη νανοδομή του διαμαντιού.

Ο υποψήφιος διδάκτωρ του UTS Blake Regan είναι ο βασικός συγγραφέας του Nanoscale ερργου.

«Η χρήση του wolfram ως σκληρής μάσκας αντιμετωπίζει πολλά μειονεκτήματα της κατασκευής του διαμαντιού. Λειτουργεί ως μια ομοιόμορφη conductive στρώμα για να βελτιώσει τη δυνατότητα της ηλεκτρονικής λιθографίας σε νανομετρική ανάλυση», είπε ο Regan.

Σύμφωνα με τον Regan, η ομάδα προσφέρει τις πρώτες ενδείξεις της ανάπτυξης μιας μονοκρυσταλλικής δομής διαμαντιού από ένα πολυκρυσταλλικό υλικό με μια bottom-up προσέγγιση.

«Επιτρέπει επίσης τη μεταφορά των συσκευών διαμαντιού στο υποστρώμα της επιλογής μας υπό συνθήκες περιβάλλοντος. Και η διαδικασία μπορεί να αυτοματοποιηθεί περαιτέρω, για να δημιουργηθούν modulaire компоненты για κυκλώματα φωτονικής τεχνολογίας διαμαντιού», συνέχισε.

Πλεονεκτήματα της Νέας Προσέγγισης

Το 30nm-wide στρώμα wolfram είναι περίπου 10.000 φορές λεπτότερο από τα μαλλιά του ανθρώπου. Παρόλα αυτά, επέτρεψε την κοπή του διαμαντιού πάνω από 300nm, το οποίο είναι ένα ρεκόρ επιλογής για την επεξεργασία του διαμαντιού.

Ένα από τα άλλα μεγάλα πλεονεκτήματα αυτής της προσέγγισης είναι ότι η αφαίρεση της μάσκας wolfram δεν απαιτεί τη χρήση υδροφθορικού οξέος, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά επικίνδυνο οξύ που χρησιμοποιείται σήμερα. Λόγω αυτού, η ασφάλεια και η προσιτότητα της διαδικασίας νανοκατασκευής του διαμαντιού βελτιώνονται δραματικά.

Για να βελτιωθεί το κόστος και η κλιμάκωση, η ομάδα κατάφερε να αναπτύξει μονοκρυσταλλικές φωτονικές δομές διαμαντιού με ενσωματωμένα κβαντικά ελαττώματα από ένα πολυκρυσταλλικό υποστρώμα.

Ο υποψήφιος διδάκτωρ του UTS Milad Nonahal είναι ο βασικός συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Advanced Quantum Technologies.

«Σύμφωνα με τις γνώσεις μας, προσφέρουμε τις πρώτες ενδείξεις της ανάπτυξης μιας μονοκρυσταλλικής δομής διαμαντιού από ένα πολυκρυσταλλικό υλικό με μια bottom-up προσέγγιση — σαν να καλλιεργούμε λουλούδια από σπόρο», πρόσθεσε.

Ο Δρ Mehran Kianinia του UTS είναι ο senior συγγραφέας της δεύτερης μελέτης.

«Η μέθοδός μας εξαλείφει την ανάγκη για ακριβά υλικά διαμαντιού και τη χρήση ιονικής εμβολής, η οποία είναι κλειδί για την επιτάχυνση της εμπορικής εκμετάλλευσης της κβαντικής τεχνολογίας διαμαντιού» είπε ο Kianinia.