Прорив у дослідження: синтетичні алмази прискорять розвиток квантових технологій

Два нових прориви у дослідженнях прискорять розвиток синтетичних алмазних квантових технологій, які мають покращити масштабованість та суттєво знизити 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 великі бар’єри для цього підходу. По-перше, складно виготовити однокристалічний алмазний шар, який становить менше одного мільйонного метра, а по-друге, витрати високі.

Нові дослідницькі праці

Дві нові дослідницькі праці з ARC Центру досконалості для трансформативної мета-оптики Університету технологій Сіднея (UTS) були недавно опубліковані та адресовані цим проблемам. Дослідницька команда очолюється професором Ігорем Ахароновичем, а статті були опубліковані в Nanoscale та Advanced Quantum Technologies.

“Для того, 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 різання ямок у надтонкій пластині алмазу, щоб світло рухалося та відбивалося у бажаному напрямку”, – продовжував він.

Команда змогла створити однокристалічні фотовольтаїчні порожнини шляхом розробки нового твердого методу маскування, який використовує тонкий металічний шар вольфраму для створення алмазної наноструктури.

Кандидат університету Сіднея Блейк Ріган є головним автором статті в Nanoscale .

“Використання вольфраму як твердого маскування усуває кілька недоліків виготовлення алмазів. Воно діє як уніформний обмежувальний провідний шар для покращення життєздатності літографії електронним променем на нанорозмірній роздільності”, – сказав Ріган.

За словами Рігана, команда пропонує перші докази росту однокристалічної алмазної структури з полі-кристалічного матеріалу через підхід “знизу вгору”.

“Це також дозволяє перенести алмазні пристрої на субстрат вибору в умовах навколишнього середовища. І процес можна далі автоматизувати для створення модульних компонентів для алмазних квантових фотонних схем”, – продовжував він.

Переваги нового підходу

30-нанометровий шар вольфраму становить близько 10 000 разів менше товщини людського волосся. Незважаючи на це, він дозволив алмазному травленню понад 300 нм, що є рекордною вибірковістю для обробки алмазів.

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

Для покращення вартості та масштабованості команда змогла виростити однокристалічні алмазні фотонні структури з вбудованими квантовими дефектами з полі-кристалічного субстрату.

Кандидат університету Сіднея Мілад Нонагал є головним автором дослідження, опублікованого в Advanced Quantum Technologies.

“На нашу думку, ми пропонуємо перші докази росту однокристалічної алмазної структури з полі-кристалічного матеріалу за допомогою підходу ‘знизу вгору’ – як росту квітів з насіння”, – додав він.

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

“Наш метод усуває потребу у дорогих алмазних матеріалах та використанні імплантації іонів, що є ключем до прискорення комерціалізації алмазного квантового обладнання” – сказав Кіанінія.