नवीन इलेक्ट्रॉनिक घटक क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है

टीयू वियन (वियना) का एक नया इलेक्ट्रॉनिक घटक क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। एक अनुरूप विनिर्माण प्रक्रिया के माध्यम से, परमाणु रूप से तेज इंटरफेस के निर्माण को सक्षम करने के लिए शुद्ध जर्मेनियम को एल्यूमीनियम के साथ जोड़ा जाता है। 

इस नई प्रक्रिया का विवरण देने वाला शोध प्रकाशित किया गया था उन्नत सामग्री.

नये दृष्टिकोण का विकास करना

इससे जो निकलता है वह एक अखंड धातु-अर्धचालक-धातु हेटरोस्ट्रक्चर है, जो कम तापमान पर अद्वितीय प्रभाव दिखाता है। इन निम्न तापमानों पर, एल्युमीनियम अतिचालक हो जाता है, और यह गुण निकटवर्ती जर्मेनियम अर्धचालक में स्थानांतरित हो जाता है। यह इसे विशेष रूप से विद्युत क्षेत्रों से नियंत्रित करने में भी सक्षम बनाता है।

ये विशेषताएँ इसे क्वांटम प्रौद्योगिकी में जटिल अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयोगी बनाती हैं। विशेष रूप से, इसका उपयोग क्वांटम बिट्स को संसाधित करने के लिए किया जा सकता है। मौजूदा अर्धचालक के बाद से इस दृष्टिकोण को पूरी तरह से नई निर्माण प्रौद्योगिकियों के विकास की आवश्यकता नहीं है जर्मेनियम-आधारित क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स को सक्षम करने के लिए निर्माण तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है। 

डॉ. मासियार सिस्तानी टीयू विएन में इंस्टीट्यूट फॉर सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स से हैं। 

डॉ. सिस्तानी कहते हैं, "जर्मेनियम एक ऐसी सामग्री है जो निश्चित रूप से तेज़ और अधिक ऊर्जा-कुशल घटकों के विकास के लिए सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी।" 

दो सामग्रियों के बीच इंटरफ़ेस. (छवि: टीयू वियेन)

चुनौतियों को संबोधित करना

यदि इसका उपयोग नैनोमीटर पैमाने पर घटकों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है तो बड़ी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। विशेष रूप से, संपर्क बिंदुओं पर छोटी अशुद्धियों के उच्च प्रभाव के कारण सामग्री उच्च-गुणवत्ता वाले विद्युत संपर्कों का उत्पादन करना मुश्किल बना देती है, जो विद्युत गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल सकती है।

डॉ. सिस्तानी कहते हैं, "इसलिए हमने खुद को एक नई विनिर्माण विधि विकसित करने का कार्य निर्धारित किया है जो विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संपर्क गुणों को सक्षम बनाता है।"

इस दृष्टिकोण की कुंजी तापमान है। जब नैनोमीटर-संरचित जर्मेनियम और एल्यूमीनियम संपर्क बनाते हैं और गर्म होते हैं, तो दोनों सामग्रियों के परमाणु अन्य सामग्रियों में फैलने लगते हैं। हालाँकि, यह अलग-अलग हद तक होता है। 

जर्मेनियम परमाणु तेजी से एल्यूमीनियम में चले जाते हैं, जबकि बाद वाला मुश्किल से ही फैलता है।

“इस प्रकार, यदि आप दो एल्यूमीनियम संपर्कों को एक पतले जर्मेनियम नैनोवायर से जोड़ते हैं और तापमान को 350 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाते हैं, तो जर्मेनियम परमाणु नैनोवायर के किनारे से फैल जाते हैं। इससे खाली जगह बन जाती है जिसमें एल्युमीनियम आसानी से प्रवेश कर सकता है,'' डॉ. सिस्तानी कहते हैं। "अंत में, नैनोवायर के बीच में केवल कुछ नैनोमीटर क्षेत्र में जर्मेनियम होता है, बाकी को एल्यूमीनियम से भर दिया गया है।"

नई निर्माण विधि एक एकल पूर्ण क्रिस्टल बनाती है जिसमें एल्यूमीनियम परमाणु एक समान पैटर्न में व्यवस्थित होते हैं। यह सामान्य एल्यूमीनियम से अलग है, जिसमें छोटे क्रिस्टल दाने होते हैं। यह जर्मेनियम और एल्यूमीनियम के बीच परमाणु रूप से तीव्र संक्रमण को सक्षम बनाता है।

“न केवल हम पहली बार शुद्ध, बिना उपयोग किए गए जर्मेनियम में सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करने में सक्षम थे, बल्कि हम यह भी दिखाने में सक्षम थे कि इस संरचना को विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके काफी अलग ऑपरेटिंग राज्यों के बीच स्विच किया जा सकता है। ऐसा जर्मेनियम क्वांटम डॉट डिवाइस न केवल सुपरकंडक्टिंग हो सकता है, बल्कि पूरी तरह से इंसुलेटिंग भी हो सकता है, या यह जोसेफसन ट्रांजिस्टर की तरह व्यवहार कर सकता है, जो क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का एक महत्वपूर्ण बुनियादी तत्व है, ”डॉ. सिस्तानी कहते हैं।

अपने सैद्धांतिक अनुप्रयोगों के अलावा, ये नवीन संरचनाएं भविष्य के क्वांटम उपकरणों पर बड़ा प्रभाव डाल सकती हैं।