突破性研究加速合成钻石基量子技术的发展

两项新的研究突破将加速合成钻石基量子技术的发展，这项技术将提高可扩展性并大幅降低制造成本。

计算机和移动电话的硬件通常依赖于硅，但钻石具有特定的性质，使其成为量子技术的基础，例如量子超级计算机、安全通信和传感器。

这项方法有两个主要障碍。首先，制造单晶钻石层很困难，这个层的厚度不到一百万分之一米，第二，成本很高。

新研究论文

来自悉尼科技大学（UTS）ARC卓越转化光学中心的两项新研究论文已在纳米尺度和高级量子技术上发表。研究团队由伊戈尔·阿哈罗诺维奇教授领导。

“为了使钻石在量子应用中使用，我们需要精确地在钻石设备中工程化‘光学缺陷’——空腔和波导——以控制、操纵和读取信息的形式，即量子比特，”阿哈罗诺维奇教授说。

“这就像在超薄的钻石片上打孔或雕刻沟槽，以确保光线按照预期的方向行进和反弹，”他继续说。

该团队通过开发一种新的硬掩膜方法，使用薄的金属钨层来图案化钻石纳米结构，从而创建了一维光子晶体空腔。

悉尼科技大学博士生布莱克·里根是纳米尺度论文的首席作者。

“使用钨作为硬掩膜可以解决钻石制造的几个缺点。它作为一个均匀的约束导电层，以提高电子束光刻在纳米尺度分辨率下的可行性，”里根说。

根据里根的说法，该团队提供了首个证据，证明了从多晶材料中通过自下而上的方法生长单晶钻石结构。

“这也允许在常温条件下将钻石设备转移到所需的基板上。并且该过程可以进一步自动化，以创建模块化的钻石基量子光子电路组件，”他继续说。

新方法的优势

30纳米宽的钨层大约是人类头发厚度的10,000分之一。尽管如此，它使得钻石蚀刻超过300纳米，这是钻石加工的记录选择性。

这种方法的另一个大优势是，去除钨掩膜不需要使用氢氟酸，这是一种目前正在使用的极其危险的酸。因此，钻石纳米加工过程的安全性和可及性得到了显著改善。

为了改善成本和可扩展性，该团队成功地从多晶基板中生长了单晶钻石光子结构，并嵌入了量子缺陷。

悉尼科技大学博士生米拉德·诺纳哈尔是发表在高级量子技术上的研究的首席作者。

“据我们所知，我们提供了首个证据，证明了从多晶材料中通过自下而上的方法生长单晶钻石结构——就像从种子中生长花朵一样，”他补充说。

悉尼科技大学的梅赫兰·基亚尼尼亚博士是第二项研究的高级作者。

“我们的方法消除了对昂贵钻石材料的需求，并消除了对离子注入的需求，这是加速钻石量子硬件商业化的关键，”基亚尼尼亚说。