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두 가지 새로운 연구 성과는 합성 다이아몬드 기반 양자 기술의 개발을 가속화할 것으로 예상되며, 이는 확장성의 개선과 제조 비용의 대폭 감소를 가져올 것입니다.
컴퓨터와 모바일폰 하드웨어는 종종 실리콘에 의존하지만, 다이아몬드는 양자 기술과 같은 양자 컴퓨터, 보안 통신 및 센서를 위한 기초로 유용한 특정 속성을 가지고 있습니다.
이 접근법에는 두 가지 주요 장벽이 있습니다. 첫째, 1백만 분의 1 미터 미만의 단일 결晶 다이아몬드 층을 제작하는 것이 어렵고, 둘째, 비용이 높습니다.
새로운 연구 논문
시드니 기술 대학교(UTS)의 변형 메타 광학 우수 연구 센터(ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics)에서 나온 두 가지 새로운 연구 논문이 최근에 발표되어 이러한 문제를 해결하고 있습니다. 연구 팀은 Igor Aharonovich 교수가 이끌고 있으며, 논문은 Nanoscale 와 Advanced Quantum Technologies에 발표되었습니다.
“다이아몬드를 양자 응용 분야에서 사용하려면, 우리는 양자 비트(qubits) 형태의 정보를 제어, 조작 및 읽기 위한 광학 결함을 다이아몬드 장치에 정밀하게 설계해야 합니다.”라고 Aharonovich 교수는 말했습니다.
” siêu 얇은 다이아몬드 시트에 구멍을 내거나 골을 파는 것과 유사하여, 빛이 원하는 방향으로 이동하고 반사되도록 합니다.”라고 그는 계속했습니다.
팀은 새로운 하드 마스킹 방법을 개발하여 1차원 광자결정 공진기를 생성할 수 있었습니다. 이는 다이아몬드 나노 구조를 패턴화하기 위해 얇은 텅스텐 금속 층을 사용합니다.
UTS 박사 과정 학생인 Blake Regan은 Nanoscale 논문의 제1저자입니다.
“텅스텐을 하드 마스크로 사용하면 다이아몬드 제작의 몇 가지 단점을 해결할 수 있습니다. 이는 나노 스케일 해상도에서 전자 빔 리소그래피의 비용을 개선하는 균일한 제한 전도층으로 작용합니다.”라고 Regan은 말했습니다.
Regan에 따르면, 팀은 다중結晶 물질에서 단일 결晶 다이아몬드 구조를 성장시키는 최초의 증거를 제공하고 있습니다.
“또한 선택적인 기판에 다이아몬드 장치를 전송할 수 있으며, 이는 환경 조건에서 수행할 수 있습니다. 그리고 이 프로세스는 자동화될 수 있으며, 다이아몬드 기반 양자 광자 회로를 위한 모듈러 구성 요소를 생성할 수 있습니다.”라고 그는 계속했습니다.
새로운 접근 방식의优势
30nm 폭의 텅스텐 층은 인간의 머리카락보다 약 10,000 배 더 얇습니다. 그럼에도 불구하고, 이는 다이아몬드 식각에서 300nm 이상의 기록적인 선택성을 가능하게 합니다.
이 접근 방식의 또 다른 큰 장점은 텅스텐 마스크를 제거하는 데 수소 플루오라이드(hydrofluoric acid)를 사용할 필요가 없다는 것입니다. 이는 현재 사용 중인 매우 위험한 산입니다. 따라서 다이아몬드 나노 구조화 과정의 안전성과 접근성이 크게 개선됩니다.
비용과 확장성을 개선하기 위해, 팀은 다중결晶 기판에서 양자 결함이 포함된 단일 결晶 다이아몬드 광자 구조를 성장시킬 수 있었습니다.
UTS 박사 과정 학생인 Milad Nonahal은 Advanced Quantum Technologies에 발표된 연구의 제1저자입니다.
“우리의 지식에 따르면, 우리는 밑으로부터 성장하는 접근 방식을 사용하여 다중결晶 물질에서 단일 결晶 다이아몬드 구조를 성장시키는 최초의 증거를 제공하고 있습니다. 즉, 씨앗에서 꽃을 키우는 것과 같습니다.”라고 그는补充했습니다.
UTS의 Mehran Kianinia 박사는 두 번째 연구의 공동저자입니다.
“우리의 방법은 비싼 다이아몬드 물질의 필요성을 제거하고, 이는 다이아몬드 양자 하드웨어의 상업화를 가속화하는 데 핵심입니다.”라고 Kianinia는 말했습니다.
