Componentă Electronică Novă Ar Putea Juca Un Rol Cheie în Electronica Cuantică

O componentă electronică novă de la TU Wien (Viena) ar putea juca un rol cheie în dezvoltarea tehnologiei informației cuantice. Prin intermediul unui proces de fabricație personalizat, germaniul pur este legat de aluminiu pentru a permite crearea unor interfețe atomice ascuțite.

Cercetarea care detaliază acest nou proces a fost publicată în Advanced Materials.

Dezvoltarea Noii Abordări

Ce rezultă din acest proces este o heterostructură metal-semiconductor-metal monolitică, care prezintă efecte unice la temperaturi scăzute. La aceste temperaturi scăzute, aluminiul devine supraconductor, iar această proprietate este transferată semiconductorului de germaniu adjacent. Acest lucru îi permite să fie controlat în mod specific cu câmpuri electrice.

Aceste caracteristici o fac deosebit de utilă pentru aplicații complexe în tehnologia cuantică. În special, poate fi utilizată pentru prelucrarea biților cuantici. Abordarea nu necesită dezvoltarea unor tehnologii de fabricație complet noi, deoarece tehniciile de fabricație existente pentru semiconductoare pot fi utilizate pentru a permite electronica cuantică bazată pe germaniu.

Dr. Masiar Sistani este de la Institutul pentru Electronica Stării Solide de la TU Wien.

„Germaniul este un material care va juca cu siguranță un rol important în tehnologia semiconductorilor pentru dezvoltarea unor componente mai rapide și mai eficiente din punct de vedere energetic”, spune dr. Sistani.

Interfața dintre cele două materiale. (Imagine: TU Wien)

Abordarea Provocărilor

Probleme majore apar atunci când este utilizat pentru a produce componente la scară nanometrică. În special, materialul face dificilă producerea unor contacte electrice de înaltă calitate din cauza impactului mare al impurităților mici la punctele de contact, care pot altera semnificativ proprietățile electrice.

„Ne-am propus să dezvoltăm o nouă metodă de fabricație care să permită proprietăți de contact fiabile și reproductibile”, spune dr. Sistani.

Cheia acestei abordări este temperatura. Atunci când germaniul și aluminiul structurați la nanometru vin în contact și sunt încălziți, atomii ambelor materiale încep să difuzeze în materialul celălalt. Cu toate acestea, se întâmplă în grade diferite.

Atomii de germaniu se deplasează rapid în aluminiu, în timp ce aluminiul abia difuzează.

„Astfel, dacă conectați două contacte de aluminiu la un nanofire de germaniu subțire și ridicați temperatura la 350 de grade Celsius, atomii de germaniu difuzează de la marginea nanofireului. Acest lucru creează spații goale în care aluminiul poate pătrunde ușor”, spune dr. Sistani. „În final, doar o zonă de câteva nanometri în mijlocul nanofireului este formată din germaniu, restul fiind umplut cu aluminiu”.

Noua metodă de fabricație formează un cristal perfect unic, în care atomii de aluminiu sunt aranjați într-un model uniform. Acest lucru este diferit de aluminiul normal, care este format din cristale mici. Acest lucru permite o tranziție atomically ascuțită între germaniu și aluminiu.

“Nu numai că am reușit să demonstrăm supraconductivitatea în germaniu pur, nedopat, pentru prima dată, dar am arătat și că această structură poate fi comutată între stări de funcționare diferite utilizând câmpuri electrice. Un astfel de dispozitiv cuantic cu puncte cuantice din germaniu nu numai că poate fi supraconductor, dar poate fi și complet izolant, sau poate se comporta ca un tranzistor Josephson, un element de bază important al circuitelor electronice cuantice”, spune dr. Sistani.

Pe lângă aplicațiile teoretice, aceste structuri noi ar putea avea un impact semnificativ asupra dispozitivelor cuantice viitoare.