Прорывные исследования ускорят развитие квантовых технологий на основе синтетического алмаза

Два новых научных прорыва ускорят разработку квантовых технологий на основе синтетического алмаза, что улучшит масштабируемость и значительно снизит производственные затраты.

Компьютерное и мобильное оборудование часто полагается на кремний, но алмаз имеет определенные свойства, которые делают его полезным в качестве основы для квантовых технологий, таких как квантовые суперкомпьютеры, безопасные коммуникации и датчики.

Существует два основных препятствия для этого подхода. Во-первых, трудно создать слой из単晶ного алмаза, который составляет менее одной миллионной доли метра, и, во-вторых, затраты высоки.

Новые научные исследования

Два новых научных исследования из ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics в Университете технологий Сиднея (UTS) были недавно опубликованы и решают эти проблемы. Исследовательская группа возглавляется профессором Игорем Ахароновичем, и статьи были опубликованы в Nanoscale и Advanced Quantum Technologies.

“Чтобы алмаз можно было использовать в квантовых приложениях, нам нужно точно инженерить ‘оптические дефекты’ в алмазных устройствах – полости и волноводы – для управления, манипулирования и считывания информации в виде кубитов – квантовой версии классических битов компьютера”, – сказал профессор Ахаронович.

“Это похоже на вырезание отверстий или вырезание желобов в сверхтонкой листе алмаза, чтобы свет шел и отражался в желаемом направлении”, – продолжил он.

Команда смогла создать одномерные фоторезонансные полости, разработав новый метод твердой маски, который полагается на тонкий металлический слой вольфрама для создания алмазной наноструктуры.

Кандидат PhD Университета технологий Сиднея Блейк Риган является ведущим автором статьи в Nanoscale.

“Использование вольфрама в качестве твердой маски решает несколько недостатков производства алмаза. Он действует как.uniform ограничивающий проводящий слой для улучшения жизнеспособности электронной литографии с наноразмерным разрешением”, – сказал Риган.

По словам Ригана, команда представляет первые доказательства роста単晶ной алмазной структуры из поликристаллического материала с помощью подхода “снизу вверх”.

“Это также позволяет переносить алмазные устройства на субстрат по выбору в условиях окружающей среды. И процесс можно дальнейшим образом автоматизировать для создания модульных компонентов для квантовой фотонной схемы на основе алмаза”, – продолжил он.

Преимущества нового подхода

Слой вольфрама толщиной 30 нм примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса. Несмотря на это, он позволил алмазу вырезать более 300 нм, что является рекордной селективностью для обработки алмаза.

Одним из других больших преимуществ этого подхода является то, что удаление маски вольфрама не требует использования плавиковой кислоты, которая является чрезвычайно опасной кислотой, в настоящее время используемой. Благодаря этому, безопасность и доступность процесса нанофабрикации алмаза значительно улучшается.

Чтобы улучшить стоимость и масштабируемость, команда смогла вырастить単晶ные алмазные фотонные структуры с встроенными квантовыми дефектами из поликристаллического субстрата.

Кандидат PhD Университета технологий Сиднея Милад Нонахал является ведущим автором исследования, опубликованного в Advanced Quantum Technologies.

“Насколько нам известно, мы представляем первые доказательства роста単晶ной алмазной структуры из поликристаллического материала с помощью подхода ‘снизу вверх’ – как рост цветов из семян”, – добавил он.

Доктор Мехран Кианиния из Университета технологий Сиднея является старшим автором второго исследования.

“Наш метод исключает необходимость использования дорогих материалов алмаза и применения ионной имплантации, что является ключом к ускорению коммерциализации квантового оборудования на основе алмаза” – сказал Кианиния.