합성 다이아몬드 기반 양자 기술 개발 가속화 위한 연구 성과

두 개의 새로운 연구 성과가 합성 다이아몬드 기반 양자 기술의 개발을 가속화할 것으로 예상되며, 이는 확장성 개선과 제조 비용の大幅한 감소를 가져올 것입니다.

컴퓨터와 모바일폰 하드웨어는 일반적으로 실리콘을 사용하지만, 다이아몬드에는 양자 기술 seperti 양자 컴퓨터, 보안 통신 및 센서에 유용한 특성이 있습니다.

그러나 두 가지 주요 장벽이 있습니다. 첫째, 단일 결晶 다이아몬드 층을 제작하는 것이 어렵습니다. 두 번째, 비용이 높습니다.

새로운 연구 논문

시드니 공과대학교(UTS)의 변형 메타 광학卓越 센터에서 나온 두 개의 새로운 연구 논문이 최근에 발표되어 이러한 문제를 해결했습니다. 연구 팀은 Igor Aharonovich 교수가 이끌고 있으며, 논문은 나노스케일과 어드밴스드 양자 기술에 게재되었습니다.

“다이아몬드를 양자 응용에 사용하려면, 우리는 정밀하게 광학 결함을 다이아몬드 장치에 엔지니어링해야 합니다. 즉, 캐비티와 웨이브 가이드를 제작하여 큐비트의 정보를 제어, 조작 및 읽어야 합니다.”라고 Aharonovich 교수는 말했습니다.

“이는 매우 얇은 다이아몬드 시트에 구멍을 뚫거나 골을 파는 것과 비슷합니다. 빛이 원하는 방향으로 여행하고 반사되도록 해야 합니다.”라고 그는 계속했습니다.

연구 팀은 새로운 하드 마스킹 방법을 개발하여 일차원 광학 결정 캐비티를 제작할 수 있었습니다. 이는 얇은 텅스텐 계층을 사용하여 다이아몬드 나노 구조를 패턴화하는 것입니다.

UTS 박사 과정 학생인 Blake Regan은 나노스케일 논문의 제1저자입니다.

“텅스텐을 하드 마스크로 사용하면 다이아몬드 제작의 여러 단점을 해결할 수 있습니다. 이는 전도성 계층으로서 나노 스케일 해상도에서 전자 빔 리소그래피의 안정성을 향상시킵니다.”라고 Regan은 말했습니다.

Regan에 따르면, 연구 팀은 다중 결晶 물질에서 단일 결晶 다이아몬드 구조를 성장시키는 첫 번째 증거를 제공했습니다. 이는 바닥-up 접근법을 사용하여 성장시킨 것입니다.

“또한 선택된 기판에 다이아몬드 장치를 전송할 수 있으며, 이는 대기 조건에서 수행할 수 있습니다. 그리고 이 과정은 추가적으로 자동화될 수 있으며, 모듈러 구성 요소를 생성하여 다이아몬드 기반 양자 광학 회로를 구축할 수 있습니다.”라고 그는 계속했습니다.

새로운 접근법의优势

30nm 폭의 텅스텐 계층은 인간의 머리카락보다 약 10,000배 얇습니다. 그러나 이는 다이아몬드 에칭을 300nm 이상으로 가능하게 하며, 이는 다이아몬드 처리의 기록적인 선택도입니다.

이 접근법의 또 하나의 큰优势은 텅스텐 마스크를 제거할 때 수소 플루오린산을 사용할 필요가 없다는 것입니다. 이는 현재 사용 중인 매우 위험한 산입니다. 따라서 다이아몬드 나노 제작 과정의 안전성과 접근성이 크게 향상됩니다.

비용과 확장성을 개선하기 위해, 연구 팀은 다중 결晶 기판에서 양자 결함을 포함한 단일 결晶 다이아몬드 광학 구조를 성장시킬 수 있었습니다.

UTS 박사 과정 학생인 Milad Nonahal은 어드밴스드 양자 기술에 게재된 연구의 제1저자입니다.

“우리는 다중 결晶 물질에서 단일 결晶 다이아몬드 구조를 성장시키는 첫 번째 증거를 제공했습니다. 이는 바닥-up 접근법을 사용하여 성장시킨 것입니다. 즉, 씨앗에서 꽃을 키우는 것과 비슷합니다.”라고 그는 추가했습니다.

UTS의 Mehran Kianinia 박사는 두 번째 연구의 공동 저자입니다.

“우리의 방법은 비싼 다이아몬드 재료와 이온 임플란테이션의 필요성을 제거합니다. 이는 다이아몬드 양자 하드웨어의 상업화를 가속화하는 데 핵심입니다.”라고 Kianinia는 말했습니다.