Прорив у дослідження має прискорити розвиток технологій квантових технологій на основі синтетичних алмазів

Два нових прориви у дослідженнях прискорять розвиток технологій квантових технологій на основі синтетичних алмазів, які мають покращити масштабованість та суттєво зменшити витрати на виробництво.

Комп’ютерна та мобільна апаратура часто використовує кремній, але алмаз має певні властивості, які роблять його корисним як основу для квантових технологій, таких як квантові суперкомп’ютери, безпечні засоби зв’язку та сенсори.

Є два основні бар’єри для цього підходу. По-перше, важко створити шар алмазу з одним кристалом, який менший за один мільйонний метра, а по-друге, витрати високі.

Нові дослідження

Два нових дослідження з ARC Центру досконалості для трансформативної мета-оптики в Університеті технологій Сіднея (UTS) були опубліковані та адресують ці питання. Команда дослідників очолювана професором Ігорем Ахароновичем, а статті були опубліковані в Nanoscale та Advanced Quantum Technologies.

“Щоб алмази могли бути використані в квантових застосуваннях, нам потрібно точно інженерно створити ‘оптичні дефекти’ в алмазних пристроях – порожнини та хвилеводи – для контролю, маніпулювання та читання інформації у вигляді кубітів – квантової версії класичних бітів комп’ютера”, – сказав професор Ахаронович.

“Це схоже на видалення отворів або вирізання ямок у надтонкій пластині алмазу, щоб світло рухалося та відбивалося у бажаному напрямку”, – продовжив він.

Команда змогла створити одновимірні фотонні кристали порожнин шляхом розробки нового методу твердої маски, який використовує тонкий металічний шар вольфраму для формування наноструктури алмазу.

Кандидат на здобуття наукового ступеня в UTS Блейк Ріган є основним автором статті в Nanoscale .

“Використання вольфраму як твердої маски усуває кілька недоліків виготовлення алмазу. Він діє як рівномірний обмежувальний провідний шар для покращення життєздатності літографії електрон-променем на нанорозмірній роздільності”, – сказав Ріган.

За словами Рігана, команда пропонує перші докази росту структури алмазу з одним кристалом з полікристалічного матеріалу через підхід “знизу-вгору”.

“Це також дозволяє перенести алмазні пристрої на субстрат за вибором у умовах навколишнього середовища. І процес можна подальше автоматизувати для створення модульних компонентів для квантової фотонної схемотехніки на основі алмазу”, – продовжив він.

Переваги нового підходу

Шар вольфраму товщиною 30 нм становить близько 10 000 разів менше товщини людського волосся. Незважаючи на це, він дозволив алмазній обробці понад 300 нм, що є рекордною вибірковістю для обробки алмазу.

Однією з інших великих переваг цього підходу є те, що видалення маски вольфраму не потребує використання фтористої кислоти, яка є дуже небезпечною кислотою, що зараз використовується. Через це безпека та доступність процесу нанофабрикації алмазу суттєво покращуються.

Для покращення вартості та масштабованості команда змогла виростити структури алмазу з одним кристалом з вбудованими квантовими дефектами з полікристалічного субстрату.

Кандидат на здобуття наукового ступеня в UTS Мілад Нонагал є основним автором дослідження, опублікованого в Advanced Quantum Technologies.

“На нашу думку, ми пропонуємо перші докази росту структури алмазу з одним кристалом з полікристалічного матеріалу за допомогою підходу ‘знизу-вгору’ – як ростуть квіти з насіння”, – додав він.

Доктор Університету технологій Сіднея Мехран Кіанінія є старшим автором другого дослідження.

“Наш метод усуває потребу у дорогих матеріалах алмазу та використання іонної імплантації, що є ключем до прискорення комерціалізації квантового обладнання на основі алмазу” – сказав Кіанінія.