क्वांटम कंप्यूटिंग
नोवेल इलेक्ट्रॉनिक घटक क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है
Unite.AI को Google पर अपने पसंदीदा स्रोतों में जोड़ें
टीयू वियन (वियना) से एक नोवेल इलेक्ट्रॉनिक घटक क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। एक अनुकूलित निर्माण प्रक्रिया के माध्यम से, शुद्ध जर्मेनियम को एल्युमिनियम के साथ जोड़ा जाता है ताकि परमाणु तीक्ष्ण इंटरफेस का निर्माण किया जा सके।
इस नए प्रक्रिया के बारे में शोध को एडवांस्ड मैटेरियल्स में प्रकाशित किया गया है
नई दृष्टिकोण का विकास
इसका परिणाम एक मोनोलिथिक मेटल-सेमीकंडक्टर-मेटल हेटेरोस्ट्रक्चर है, जो कम तापमान पर अद्वितीय प्रभाव दिखाता है। इन कम तापमान पर, एल्युमिनियम सुपरकंडक्टिंग बन जाता है, और यह गुण जर्मेनियम सेमीकंडक्टर में स्थानांतरित हो जाता है। यह इसे विशेष रूप से विद्युत क्षेत्रों के साथ नियंत्रित करने में सक्षम बनाता है।
इन विशेषताओं के कारण यह क्वांटम प्रौद्योगिकी में जटिल अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। विशेष रूप से, यह क्वांटम बिट्स को संसाधित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। यह दृष्टिकोण पूरी तरह से नए निर्माण प्रौद्योगिकियों के विकास की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि मौजूदा सेमीकंडक्टर निर्माण तकनीकों का उपयोग जर्मेनियम-आधारित क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स को सक्षम करने के लिए किया जा सकता है।
डॉ मासियार सिस्तानी टीयू वियन के सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स संस्थान से हैं।
“जर्मेनियम एक ऐसा सामग्री है जो सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी में तेजी से और अधिक ऊर्जा-कुशल घटकों के विकास के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी,” डॉ सिस्तानी कहते हैं।
दो सामग्रियों के बीच इंटरफेस। (छवि: टीयू वियन)
चुनौतियों का सामना
नैनोमीटर स्केल पर घटकों का उत्पादन करने पर बड़ी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। विशेष रूप से, सामग्री उच्च गुणवत्ता वाले विद्युत संपर्क बनाने में कठिनाई पैदा करती है क्योंकि संपर्क बिंदुओं पर छोटी अशुद्धियों का विद्युत गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है।
“हमने इसलिए एक नए निर्माण विधि को विकसित करने का लक्ष्य निर्धारित किया है जो विश्वसनीय और पुनरुत्पादक संपर्क गुणों को सक्षम बनाता है,” डॉ सिस्तानी कहते हैं।
इस दृष्टिकोण की कुंजी तापमान है। जब नैनोमीटर-संरचित जर्मेनियम और एल्युमिनियम संपर्क में आते हैं और गर्म किए जाते हैं, तो दोनों सामग्रियों के परमाणु एक दूसरे में फैलने लगते हैं। हालांकि, यह अलग-अलग स्तरों पर होता है।
जर्मेनियम परमाणु एल्युमिनियम में तेजी से चलते हैं, जबकि बाद वाला लगभग नहीं फैलता है।
“इसलिए, यदि आप एक पतले जर्मेनियम नैनोवायर से जुड़े दो एल्युमिनियम संपर्कों को 350 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करते हैं, तो जर्मेनियम परमाणु नैनोवायर के किनारे से फैल जाते हैं। इससे खाली स्थान बनता है जिसमें एल्युमिनियम आसानी से प्रवेश कर सकता है,” डॉ सिस्तानी कहते हैं। “अंत में, नैनोवायर के मध्य में केवल कुछ नैनोमीटर का क्षेत्र जर्मेनियम से बना होता है, बाकी एल्युमिनियम से भर जाता है।”
नई निर्माण विधि एक एकल पूर्ण क्रिस्टल बनाती है जिसमें एल्युमिनियम परमाणु एक समान पैटर्न में व्यवस्थित होते हैं। यह सामान्य एल्युमिनियम से अलग है, जो छोटे क्रिस्टल ग्रेन्स से बना होता है। इससे जर्मेनियम और एल्युमिनियम के बीच एक परमाणु तीक्ष्ण संक्रमण संभव होता है।
“न केवल हम शुद्ध, अनडोप्ड जर्मेनियम में सुपरकंडक्टिविटी को पहली बार प्रदर्शित करने में सक्षम थे, बल्कि हम यह भी दिखा सकते हैं कि यह संरचना विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके काफी अलग ऑपरेटिंग स्थितियों में स्विच की जा सकती है। ऐसा जर्मेनियम क्वांटम डॉट डिवाइस न केवल सुपरकंडक्टिंग हो सकता है, बल्कि पूरी तरह से इन्सुलेटिंग भी हो सकता है, या यह जोसफसन ट्रांजिस्टर की तरह व्यवहार कर सकता है, जो क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का एक महत्वपूर्ण मूलभूत तत्व है,” डॉ सिस्तानी कहते हैं।
इसके सैद्धांतिक अनुप्रयोगों के अलावा, ये नोवेल संरचनाएं भविष्य के क्वांटम डिवाइसों पर बड़ा प्रभाव डाल सकती हैं।
