Komponen Elektronik Baru Dapat Memainkan Peran Kunci dalam Elektronika Kuantum

Komponen elektronik baru dari TU Wien (Wina) dapat memainkan peran kunci dalam pengembangan teknologi informasi kuantum. Melalui proses manufaktur yang disesuaikan, germanium murni dibondkan dengan aluminium untuk memungkinkan pembuatan antarmuka yang tajam secara atom.

Penelitian yang menjelaskan proses baru ini diterbitkan di Advanced Materials.

Mengembangkan Pendekatan Baru

Apa yang dihasilkan dari ini adalah heterostruktur logam-semikonduktor-logam monolitik, yang menunjukkan efek unik pada suhu rendah. Pada suhu rendah ini, aluminium menjadi superkonduktor, dan sifat ini ditransfer ke semikonduktor germanium yang berdekatan. Ini juga memungkinkan untuk dikendalikan secara spesifik dengan medan listrik.

Karakteristik ini membuatnya sangat berguna untuk aplikasi yang kompleks dalam teknologi kuantum. Khususnya, dapat digunakan untuk memproses bit kuantum. Pendekatan ini tidak memerlukan pengembangan teknologi fabrikasi yang sepenuhnya baru karena teknik fabrikasi semikonduktor yang ada dapat digunakan untuk memungkinkan elektronik kuantum berbasis germanium.

Dr. Masiar Sistani dari Institut untuk Elektronika Padat di TU Wien.

“Germanium adalah bahan yang pasti akan memainkan peran penting dalam teknologi semikonduktor untuk pengembangan komponen yang lebih cepat dan lebih hemat energi,” kata Dr. Sistani.

Antarmuka antara dua bahan. (Gambar: TU Wien)

Mengatasi Tantangan

Masalah besar muncul jika digunakan untuk menghasilkan komponen pada skala nanometer. Khususnya, bahan membuatnya sulit untuk menghasilkan kontak listrik yang berkualitas tinggi karena dampak besar dari impurities kecil pada titik kontak, yang dapat mengubah sifat listrik secara signifikan.

“Kami telah menetapkan tujuan untuk mengembangkan metode manufaktur baru yang memungkinkan sifat kontak yang dapat diandalkan dan direproduksi,” kata Dr. Sistani.

Kunci dari pendekatan ini adalah suhu. Ketika germanium dan aluminium yang terstruktur nanometer membuat kontak dan dipanaskan, atom dari kedua bahan mulai berdifusi ke dalam bahan lain. Namun, hal ini terjadi dengan tingkat yang berbeda.

Atom germanium bergerak cepat ke dalam aluminium, sedangkan yang terakhir hampir tidak berdifusi sama sekali.

“Jadi, jika Anda menghubungkan dua kontak aluminium ke kawat nanometer germanium yang tipis dan meningkatkan suhu ke 350 derajat Celsius, atom germanium berdifusi dari ujung kawat nanometer. Ini menciptakan ruang kosong ke dalam yang aluminium dapat dengan mudah menembus,” kata Dr. Sistani. “Pada akhirnya, hanya beberapa nanometer area di tengah kawat nanometer yang terdiri dari germanium, sisanya telah diisi oleh aluminium.”

Metode manufaktur baru membentuk kristal tunggal yang sempurna di mana atom aluminium disusun dalam pola yang seragam. Ini berbeda dari aluminium normal, yang terdiri dari butiran kristal kecil. Ini memungkinkan transisi yang tajam secara atom antara germanium dan aluminium.

“Tidak hanya kami dapat menunjukkan superkonduktivitas pada germanium murni yang tidak dop, kami juga dapat menunjukkan bahwa struktur ini dapat diubah antara berbagai keadaan operasional yang berbeda menggunakan medan listrik. Perangkat titik kuantum germanium seperti ini tidak hanya dapat superkonduktor tetapi juga dapat sepenuhnya mengisolasi, atau dapat berperilaku seperti transistor Josephson, elemen dasar penting dari sirkuit elektronik kuantum,” kata Dr. Sistani.

Selain aplikasi teoritis, struktur baru ini dapat memiliki dampak besar pada perangkat kuantum di masa depan.