새로운 전자 부품, 양자 전자 공학에서 핵심 역할을 할 수 있다

TU Wien(비엔나 공대)에서 개발된 새로운 전자 부품은 양자 정보 기술의 개발에서 핵심 역할을 할 수 있다. 제작 공정을 조절하여 순수한 게르마늄과 알루미늄을 결합하여 원자적으로 날카로운 인터페이스를 생성할 수 있다.

이 새로운 공정에 대한 연구는 Advanced Materials에 발표되었다.

새로운 접근법 개발

이로 인해 금속-반도체-금속의 단일結晶이 형성되며, 낮은 온도에서 고유한 효과를 나타낸다. 이러한 낮은 온도에서 알루미늄은 초전도체가 되며, 이 특성이 인접한 게르마늄 반도체에도 전달된다. 또한 전기장으로 구체적으로 제어할 수 있다.

이러한 특성은 양자 기술의 복잡한 응용에서 특히 유용하다. 특히 양자 비트를 처리하는 데 사용할 수 있다. 이 접근법은 완전히 새로운 제조 기술을 개발할 필요가 없으며, 기존의 반도체 제조 기술을 사용하여 게르마늄 기반의 양자 전자 공학을 가능하게 할 수 있다.

TU Wien의 고체 상태 전자 공학 연구소의 Masiar Sistani 박사이다.

“게르마늄은 반도체 기술에서 빠르고 에너지 효율적인 부품을 개발하는 데 중요한 역할을 할 물질이다”라고 Sistani 박사는 말했다.

두 물질 사이의 인터페이스. (이미지: TU Wien)

도전 과제 해결

나노미터 규모에서 부품을 생산할 때 주요 문제가 발생한다. 특히, 물질이 높은純度의 전기 접촉을 생성하는 데 어려움을 겪으며, 작은 불순물이 접촉점에서 전기적 특성을 크게 변경할 수 있다.

“따라서 우리는 신뢰할 수 있고 재현 가능한 접촉 특성을 ermög하는 새로운 제조 방법을 개발하는 것을 목표로 했다”라고 Sistani 박사는 말했다.

이 접근법의 핵심은 온도이다. 나노미터 규모의 게르마늄과 알루미늄이 접촉하고加熱되면, 두 물질의 원자가 서로 다른 정도로 확산된다.

게르마늄 원자는 알루미늄으로 빠르게 확산되지만, 알루미늄은 거의 확산되지 않는다.

“따라서 두 개의 알루미늄 접촉점을 얇은 게르마늄 나노와이어에 연결하고 온도를 350도까지 올리면, 게르마늄 원자가 나노와이어의 끝으로 확산된다. 이것은 알루미늄이 쉽게 침투할 수 있는 빈 공간을 생성한다”라고 Sistani 박사는 말했다. “결과적으로 나노와이어의 중간에 몇 나노미터의 영역만 게르마늄으로 구성되고, 나머지는 알루미늄으로 채워진다”

새로운 제조 방법은 단일의 완벽한 결晶을 형성하며, 알루미늄 원자가 균일한 패턴으로 배열된다. 이것은 일반적인 알루미늄과 다르며, 일반적인 알루미늄은 작은 결晶으로 구성된다. 이것은 게르마늄과 알루미늄 사이의 원자적으로 날카로운 전이를 ermög한다.

“우리는 순수한 게르마늄에서 초전도성을 처음으로 示した 것을 확인했으며, 이 구조가 전기장으로 다른 작동 상태로 전환될 수 있음을 보여줄 수 있었다. 이러한 게르마늄 양자 점 장치는 초전도체뿐만 아니라 완전히 절연체가 될 수도 있으며, 양자 전자 회로의 중요한 기본 요소인 Josephson 트랜지스터와 같은 작동을 할 수 있다”라고 Sistani 박사는 말했다.

이러한 새로운 구조는 미래의 양자 장치에 큰 영향을 미칠 수 있다.