Tecnologia Científica

O futuro brilha para a tecnologia quântica à base de diamante
Marilyn Monroe cantou que os diamantes são os melhores amigos das meninas, mas também são muito populares entre os cientistas quânticos
Por University of Technology, Sydney - 17/05/2021


Impressão artística de um bloco de construção de diamante em um futuro circuito fotônico. A cor vermelha enfatiza os centros de vacância de germânio emitindo na faixa espectral vermelha e o anel ilustra a cavidade. Imagem: ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics da University of Technology Sydney (UTS)

Marilyn Monroe cantou que os diamantes são os melhores amigos das meninas, mas também são muito populares entre os cientistas quânticos - com duas novas descobertas de pesquisa destinadas a acelerar o desenvolvimento da tecnologia quântica à base de diamante sintético, melhorar a escalabilidade e reduzir drasticamente os custos de fabricação.

Enquanto o silício é tradicionalmente usado para hardware de computador e telefone celular, o diamante tem propriedades únicas que o tornam particularmente útil como base para tecnologias quânticas emergentes, como supercomputadores quânticos, comunicações seguras e sensores.

No entanto, existem dois problemas principais; custo e dificuldade em fabricar a camada de diamante de cristal único, que é menor do que um milionésimo de um metro.

Uma equipe de pesquisa do ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics da University of Technology Sydney (UTS), liderada pelo professor Igor Aharonovich, acaba de publicar dois artigos de pesquisa, em Nanoscale and Advanced Quantum Technologies , que abordam esses desafios.

"Para que o diamante seja usado em aplicações quânticas, precisamos projetar com precisão 'defeitos ópticos' nos dispositivos de diamante - cavidades e guias de onda - para controlar, manipular e ler informações na forma de qubits - a versão quântica dos bits de computador clássicos," disse o professor Aharonovich.

"É semelhante a fazer furos ou cavar ravinas em uma folha super fina de diamante, para garantir que a luz viaje e salte na direção desejada", disse ele.

Para superar o desafio da "gravação", os pesquisadores desenvolveram um novo método de mascaramento rígido, que usa uma fina camada de tungstênio metálico para padronizar a nanoestrutura do diamante, permitindo a criação de cavidades de cristal fotônico unidimensional.

"O uso de tungstênio como uma máscara rígida aborda várias desvantagens da fabricação do diamante. Ele atua como uma camada condutora de restrição uniforme para melhorar a viabilidade da litografia por feixe de elétrons em resolução em nanoescala", disse o autor principal do artigo em Nanoscale, UTS Ph.D. candidato Blake Regan.

Até onde sabemos, oferecemos a primeira evidência do crescimento de uma estrutura de diamante de cristal único a partir de um material policristalino usando uma abordagem ascendente - como o cultivo de flores a partir de sementes.

"Ele também permite a transferência pós-fabricação de dispositivos de diamante para o substrato de escolha em condições ambientais. E o processo pode ser ainda mais automatizado, para criar componentes modulares para circuitos fotônicos quânticos baseados em diamante", disse ele.

A camada de tungstênio tem 30 nm de largura - cerca de 10.000 vezes mais fina que um fio de cabelo humano - no entanto, permitiu uma gravação de diamante de mais de 300 nm, uma seletividade recorde para o processamento de diamante.

Uma outra vantagem é que a remoção da máscara de tungstênio não requer o uso de ácido fluorídrico - um dos ácidos mais perigosos atualmente em uso - então isso também melhora significativamente a segurança e acessibilidade do processo de nanofabricação de diamante.

Para abordar a questão do custo e melhorar a escalabilidade, a equipe desenvolveu ainda mais uma etapa inovadora para crescer estruturas fotônicas de diamante de cristal único com defeitos quânticos incorporados de um substrato policristalino.

"Nosso processo depende de um grande diamante policristalino de baixo custo, que está disponível como grandes wafers, ao contrário do diamante de cristal único de alta qualidade tradicionalmente usado, que é limitado a alguns mm2", disse a UTS Ph.D. candidato Milad Nonahal, autor principal do estudo em Advanced Quantum Technologies .

"Até onde sabemos, oferecemos a primeira evidência do crescimento de uma estrutura de diamante de cristal único a partir de um material policristalino usando uma abordagem ascendente - como o cultivo de flores a partir de sementes", acrescentou.

"Nosso método elimina a necessidade de materiais de diamante caros e o uso de implantação de íons, que é a chave para acelerar a comercialização de hardware quântico de diamante", disse UTS Dr. Mehran Kianinia, autor sênior do segundo estudo.

"Nanofabricação de ressonadores de diamante transferíveis de alto Q" é publicado na Nanoscale .

"Síntese Bottom-Up de Pirâmides de Diamante de Cristal Único Contendo Centros de Vacância de Germânio" é publicado em Advanced Quantum Technologies .Impressão artística de um bloco de construção de diamante em um futuro circuito fotônico. A cor vermelha enfatiza os centros de vacância de germânio emitindo na faixa espectral vermelha e o anel ilustra a cavidade. Imagem: ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics da University of Technology Sydney (UTS), Marilyn Monroe cantou que os diamantes são os melhores amigos das meninas, mas também são muito populares entre os cientistas quânticos - com duas novas descobertas de pesquisa destinadas a acelerar o desenvolvimento da tecnologia quântica à base de diamante sintético, melhorar a escalabilidade e reduzir drasticamente os custos de fabricação.

Enquanto o silício é tradicionalmente usado para hardware de computador e telefone celular, o diamante tem propriedades únicas que o tornam particularmente útil como base para tecnologias quânticas emergentes, como supercomputadores quânticos, comunicações seguras e sensores.

No entanto, existem dois problemas principais; custo e dificuldade em fabricar a camada de diamante de cristal único, que é menor do que um milionésimo de um metro.

Uma equipe de pesquisa do ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics da University of Technology Sydney (UTS), liderada pelo professor Igor Aharonovich, acaba de publicar dois artigos de pesquisa, em Nanoscale and Advanced Quantum Technologies , que abordam esses desafios.

"Para que o diamante seja usado em aplicações quânticas, precisamos projetar com precisão 'defeitos ópticos' nos dispositivos de diamante - cavidades e guias de onda - para controlar, manipular e ler informações na forma de qubits - a versão quântica dos bits de computador clássicos," disse o professor Aharonovich.

"É semelhante a fazer furos ou cavar ravinas em uma folha super fina de diamante, para garantir que a luz viaje e salte na direção desejada", disse ele.

Para superar o desafio da "gravação", os pesquisadores desenvolveram um novo método de mascaramento rígido, que usa uma fina camada de tungstênio metálico para padronizar a nanoestrutura do diamante, permitindo a criação de cavidades de cristal fotônico unidimensional.

"O uso de tungstênio como uma máscara rígida aborda várias desvantagens da fabricação do diamante. Ele atua como uma camada condutora de restrição uniforme para melhorar a viabilidade da litografia por feixe de elétrons em resolução em nanoescala", disse o autor principal do artigo em Nanoscale, UTS Ph.D. candidato Blake Regan.

Até onde sabemos, oferecemos a primeira evidência do crescimento de uma estrutura de diamante de cristal único a partir de um material policristalino usando uma abordagem ascendente - como o cultivo de flores a partir de sementes.

"Ele também permite a transferência pós-fabricação de dispositivos de diamante para o substrato de escolha em condições ambientais. E o processo pode ser ainda mais automatizado, para criar componentes modulares para circuitos fotônicos quânticos baseados em diamante", disse ele.

A camada de tungstênio tem 30 nm de largura - cerca de 10.000 vezes mais fina que um fio de cabelo humano - no entanto, permitiu uma gravação de diamante de mais de 300 nm, uma seletividade recorde para o processamento de diamante.

Uma outra vantagem é que a remoção da máscara de tungstênio não requer o uso de ácido fluorídrico - um dos ácidos mais perigosos atualmente em uso - então isso também melhora significativamente a segurança e acessibilidade do processo de nanofabricação de diamante.

Para abordar a questão do custo e melhorar a escalabilidade, a equipe desenvolveu ainda mais uma etapa inovadora para crescer estruturas fotônicas de diamante de cristal único com defeitos quânticos incorporados de um substrato policristalino.

"Nosso processo depende de um grande diamante policristalino de baixo custo, que está disponível como grandes wafers, ao contrário do diamante de cristal único de alta qualidade tradicionalmente usado, que é limitado a alguns mm2", disse a UTS Ph.D. candidato Milad Nonahal, autor principal do estudo em Advanced Quantum Technologies .

"Até onde sabemos, oferecemos a primeira evidência do crescimento de uma estrutura de diamante de cristal único a partir de um material policristalino usando uma abordagem ascendente - como o cultivo de flores a partir de sementes", acrescentou.

"Nosso método elimina a necessidade de materiais de diamante caros e o uso de implantação de íons, que é a chave para acelerar a comercialização de hardware quântico de diamante", disse UTS Dr. Mehran Kianinia, autor sênior do segundo estudo.

"Nanofabricação de ressonadores de diamante transferíveis de alto Q" é publicado na Nanoscale .

"Síntese Bottom-Up de Pirâmides de Diamante de Cristal Único Contendo Centros de Vacância de Germânio" é publicado em Advanced Quantum Technologies .

 

.
.

Leia mais a seguir