Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Nowa nanostruktura może być kluczem do elektroniki kwantowej

ghost666 12 Oct 2021 23:49 765 0
  • Nowa nanostruktura może być kluczem do elektroniki kwantowej
    Nowatorski komponent elektroniczny z wiedeńskiego uniwersytetu technicznego (TU Wien) może być ważnym kluczem do ery informatyki kwantowej: przy użyciu specjalnego procesu produkcyjnego czysty german jest łączony z aluminium w taki sposób, że powstają w nim atomowo ostre interfejsy. Powoduje to powstanie tak zwanej monolitycznej heterostruktury metal-półprzewodnik-metal.

    Struktura ta wykazuje unikalne efekty, które są szczególnie widoczne w niskich temperaturach. Aluminium staje się nadprzewodnikiem – ale nie tylko, ta właściwość jest również przenoszona na sąsiedni półprzewodnik - german - i może być specjalnie kontrolowana za pomocą pól elektrycznych. Dzięki temu doskonale nadaje się do złożonych zastosowań w technologii kwantowej, takich jak przetwarzanie bitów kwantowych. Szczególną zaletą jest to, że przy takim podejściu nie jest konieczne opracowywanie zupełnie nowych technologii. Zamiast tego można wykorzystać dojrzałe i dobrze ugruntowane techniki wytwarzania półprzewodników, aby umożliwić tworzenie elektroniki kwantowej opartej na germanie. Wyniki te zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials.

    German: trudny do tworzenia wysokiej jakości kontaktów

    "German to materiał, który, jak wiadomo, odgrywa ważną rolę w technologii półprzewodnikowej w rozwoju szybszych i bardziej energooszczędnych komponentów" mówi dr Masiar Sistani z Instytutu Elektroniki Półprzewodnikowej TU Wien. "Jeśli jednak zamierza się użyć go do produkcji elementów w skali nanometrycznej, napotyka się poważny problem: niezwykle trudno jest wyprodukować wysokiej jakości styki elektryczne, ponieważ nawet najmniejsze zanieczyszczenia w punktach styku mogą mieć duży wpływ na właściwościach elektrycznych. Dlatego postawiliśmy sobie za zadanie opracowanie nowej metody produkcji, która zapewni niezawodne i powtarzalne właściwości styków".

    Podróżujące atomy



    Kluczem do tego jest temperatura: kiedy nanometrowy german i aluminium stykają się i ogrzewają, atomy obu materiałów zaczynają dyfundować do sąsiedniego materiału – ale w bardzo różnym stopniu: atomy germanu szybko przenikają do aluminium, podczas gdy aluminium prawie w ogóle nie dyfunduje do germanu. "Tak więc, jeśli połączysz dwa aluminiowe styki do cienkiego nanodrutu germanowego i podniesiesz temperaturę do 350 stopni Celsjusza, atomy germanu dyfundują poza krawędź nanodrutu. Tworzy to puste przestrzenie, do których aluminium może łatwo wnikać" wyjaśnia Masiar Sistani. "Ostatecznie tylko kilka nanometrów w środku nanodrutu składa się z germanu, reszta została wypełniona aluminium".

    Zwykle aluminium składa się z maleńkich ziaren krystalicznych, ale ta nowatorska metoda wytwarzania zapewnia doskonały monokryształ, w którym atomy aluminium są ułożone w jednolity wzór - monokryształ. Jak widać w obrazach z transmisyjnego mikroskopu elektronowego, pomiędzy germanem a aluminium powstaje idealnie czyste i atomowo ostre przejście, bez nieuporządkowanego obszaru pomiędzy nimi. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod, w których styki elektryczne są nakładane na półprzewodnik, na przykład przez naparowanie metalu, w warstwie granicznej nie mogą tworzyć się tlenki.

    Sprawdzenie wykonalności w Grenoble

    Aby bliżej przyjrzeć się właściwościom tej monolitycznej heterostruktury metal-półprzewodnik z germanu i aluminium, Masiar Sistani współpracował z grupą inżynierii kwantowej prof. Oliviera Buissona na Uniwersytecie w Grenoble. Okazało się, że ta nowa struktura ma rzeczywiście niezwykłe właściwości: "Nie tylko byliśmy w stanie po raz pierwszy zademonstrować nadprzewodnictwo w czystym, niedomieszkowanym germanie, ale także byliśmy w stanie wykazać, że struktura ta może być przełączana między całkiem różnymi stanami pracy za pomocą pól elektrycznych" relacjonuje dr Masiar Sistani. "Takie urządzenie z kropką kwantową z germanu może być nie tylko nadprzewodnikowe, ale także całkowicie izolujące, lub może zachowywać się jak złącze Josephsona, ważny element podstawowy w obwodach elektroniki kwantowej".

    Ta nowa heterostruktura łączy w sobie cały szereg zalet: struktura ta ma doskonałe właściwości fizyczne potrzebne w technologiach kwantowych, takie jak wysoka mobilność nośników i doskonała podatność na manipulację za pomocą pól elektrycznych, a ponadto ma dodatkową zaletę polegającą na dobrym dopasowaniu do już istniejących technologii mikroelektronicznych - już stosowane w obecnych chipach, a temperatury wymagane do tworzenia tych heterostruktur są kompatybilne z dojrzałymi procedurami produkcji urządzeń półprzewodnikowych. "Opracowaliśmy strukturę, która nie tylko ma teoretycznie interesujące właściwości kwantowe, ale także otwiera bardzo realistyczną technologicznie możliwość tworzenia kolejnych nowatorskich i energooszczędnych urządzeń" podsumowuje dr Masiar Sistani.

    Źródło: https://phys.org/news/2021-10-nanostructure-key-quantum-electronics.html

    Cool! Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10593 posts with rating 8941, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.