Läpimurto tutkimuksessa kiihdyttää synteettisen timantin perustuvan kvantti-teknologian kehitystä

Kaksi uutta tutkimusläpimurtoa kiihdyttää synteettisen timantin perustuvan kvantti-teknologian kehitystä, joka parantaa skaalautuvuutta ja vähentää merkittävästi valmistuskustannuksia.

Tietokoneiden ja matkapuhelinten laitteistot perustuvat usein piihin, mutta timantilla on tiettyjä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä hyödyllisen kvantti-teknologian perustana, kuten kvantti-supertietokoneet, turvalliset viestintämenetelmät ja anturit.

Tähän lähestymistapaan liittyy kaksi suurta esteitä. Ensinnäkin, yksittäisen timantin kristallikerroksen valmistus on vaikeaa, ja toiseksi, kustannukset ovat korkeat.

Uudet tutkimusjulkaisut

Kaksi uutta tutkimusjulkaisua, jotka ovat peräisin ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics -tutkimuskeskuksesta University of Technology Sydney (UTS) -yliopistosta, on julkaistu äskettäin ja ne käsittelevät näitä ongelmia. Tutkimusryhmää johtaa professori Igor Aharonovich, ja julkaisut on julkaistu Nanoscale – ja Advanced Quantum Technologies -julkaisuissa.

“Jotta timantti voidaan käyttää kvantti-sovelluksissa, meidän on tarkalleen suunniteltava ‘valoilmiöitä’ timanttilaitteissa – onteloita ja aaltojohtimia – ohjata, muokata ja lukea tietoa kvantti-bittien muodossa, jotka ovat kvantti-tietokoneen klassisen tietokoneen bittien vastine”, professori Aharonovich sanoi.

“Se on kuin reikiinten tekemistä tai urien poraamista erittäin ohueen timanttiin, jotta valo kulkee ja heijastuu halutussa suunnassa”, hän jatkoi.

Tutkimusryhmä kehitti uuden kovakilpi-menetelmän, joka perustuu ohueen metalliseen volframiin, jotta voidaan muotoilla timantin nano-rakenne.

UTS:n tohtorikoulutettava Blake Regan on Nanoscale-julkaisun pääkirjoittaja.

“Volframin käyttäminen kovakilppina ratkaisee useita timantin valmistuksen ongelmia. Se toimii yhtenäisen rajoittavan johtavan kerroksen kaltaisena, joka parantaa elektronisäde-litografian soveltumista nanotarkkuudella”, Regan sanoi.

Reganin mukaan tutkimusryhmä esittää ensimmäisen todisteen siitä, että yksittäinen timantin kristalli voidaan kasvattaa polykristalliseesta materiaalista alhaalta ylös -lähestymistavalla.

“Se myös mahdollistaa timanttilaitteiden siirron valitun alustan päälle normaaliolosuhteissa. Ja prosessi voidaan automatisoida edelleen, jotta voidaan luoda modulaarisia komponentteja timantin perustuisille kvantti-valofonisten piirien valmistamiseen”, hän jatkoi.

Uuden lähestymistavan edut

30 nm:n paksuinen volframi-kerros on noin 10 000 kertaa ohuempi kuin ihmisen hiukset. Huolimatta siitä, se mahdollisti yli 300 nm:n syvyyden timantin etsauksen, mikä on ennätyksellinen valinta timantin prosessoinnissa.

Toinen suuri etu tässä lähestymistavassa on, että volframi-kilven poistaminen ei vaadi vetyfluoridin käyttöä, joka on erittäin vaarallinen happo, jota käytetään tällä hetkellä. Tämän ansiosta timantin nano-valmistusprosessin turvallisuus ja saatavuus paranevat merkittävästi.

Jotta kustannukset ja skaalautuvuus voidaan parantaa, tutkimusryhmä onnistui kasvattamaan yksittäisen timantin kristallirakenteita, joissa on upotettuja kvantti-virheitä, polykristallisen substraatin päällä.

UTS:n tohtorikoulutettava Milad Nonahal on Advanced Quantum Technologies-tutkimuksen pääkirjoittaja.

“Parhaamme tietäen tarjoamme ensimmäisen todisteen siitä, että yksittäinen timantin kristalli voidaan kasvattaa polykristalliseesta materiaalista alhaalta ylös -lähestymistavalla — kuin kasvattaen kukkia siemenestä”, hän lisäsi.

UTS:n Dr. Mehran Kianinia on toisen tutkimuksen vanhempi tekijä.

“Meidän menetelmämme poistaa tarpeen kalliille timantti-materiaaleille ja ionin implantoinnille, mikä on avain kvantti-laitteiden kaupallistamisen kiihdyttämiseen” Kianinia sanoi.