Tecnologia Científica

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


Impressão arta­stica de um bloco de construção de diamante em um futuro circuito fota´nico. A cor vermelha enfatiza os centros de vaca¢ncia de germa¢nio 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 qua¢nticos - com duas novas descobertas de pesquisa destinadas a acelerar o desenvolvimento da tecnologia qua¢ntica a  base de diamante sintanãtico, melhorar a escalabilidade e reduzir drasticamente os custos de fabricação.

Enquanto o sila­cio étradicionalmente usado para hardware de computador e telefone celular, o diamante tem propriedades únicas que o tornam particularmente útil como base para tecnologias qua¢nticas emergentes, como supercomputadores qua¢nticos, comunicações seguras e sensores.

No entanto, existem dois problemas principais; custo e dificuldade em fabricar a camada de diamante de cristal aºnico, que émenor do que um milionanãsimo 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 qua¢nticas, precisamos projetar com precisão 'defeitos a³pticos' nos dispositivos de diamante - cavidades e guias de onda - para controlar, manipular e ler informações na forma de qubits - a versão qua¢ntica dos bits de computador cla¡ssicos," disse o professor Aharonovich.

"a‰ 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 manãtodo de mascaramento ra­gido, que usa uma fina camada de tungstaªnio meta¡lico para padronizar a nanoestrutura do diamante, permitindo a criação de cavidades de cristal fota´nico unidimensional.

"O uso de tungstaªnio como uma ma¡scara ra­gida 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 elanãtrons em resolução em nanoescala", disse o autor principal do artigo em Nanoscale, UTS Ph.D. candidato Blake Regan.

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

"Ele também permite a transferaªncia pa³s-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 fota´nicos qua¢nticos baseados em diamante", disse ele.

A camada de tungstaªnio 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 éque a remoção da ma¡scara de tungstaªnio não requer o uso de a¡cido fluora­drico - um dos a¡cidos mais perigosos atualmente em uso - então isso também melhora significativamente a segurança e acessibilidade do processo de nanofabricação de diamante.

Para abordar a questãodo custo e melhorar a escalabilidade, a equipe desenvolveu ainda mais uma etapa inovadora para crescer estruturas fota´nicas de diamante de cristal aºnico com defeitos qua¢nticos incorporados de um substrato policristalino.

"Nosso processo depende de um grande diamante policristalino de baixo custo, que estãodispona­vel como grandes wafers, ao contra¡rio do diamante de cristal aºnico de alta qualidade tradicionalmente usado, que élimitado a alguns mm2", disse a UTS Ph.D. candidato Milad Nonahal, autor principal do estudo em Advanced Quantum Technologies .

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

"Nosso manãtodo elimina a necessidade de materiais de diamante caros e o uso de implantação de a­ons, que éa chave para acelerar a comercialização de hardware qua¢ntico de diamante", disse UTS Dr. Mehran Kianinia, autor saªnior do segundo estudo.

"Nanofabricação de ressonadores de diamante transfera­veis de alto Q" épublicado na Nanoscale .

"Sa­ntese Bottom-Up de Pira¢mides de Diamante de Cristal ašnico Contendo Centros de Vaca¢ncia de Germa¢nio" épublicado em Advanced Quantum Technologies .Impressão arta­stica de um bloco de construção de diamante em um futuro circuito fota´nico. A cor vermelha enfatiza os centros de vaca¢ncia de germa¢nio 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 qua¢nticos - com duas novas descobertas de pesquisa destinadas a acelerar o desenvolvimento da tecnologia qua¢ntica a  base de diamante sintanãtico, melhorar a escalabilidade e reduzir drasticamente os custos de fabricação.

Enquanto o sila­cio étradicionalmente usado para hardware de computador e telefone celular, o diamante tem propriedades únicas que o tornam particularmente útil como base para tecnologias qua¢nticas emergentes, como supercomputadores qua¢nticos, comunicações seguras e sensores.

No entanto, existem dois problemas principais; custo e dificuldade em fabricar a camada de diamante de cristal aºnico, que émenor do que um milionanãsimo 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 qua¢nticas, precisamos projetar com precisão 'defeitos a³pticos' nos dispositivos de diamante - cavidades e guias de onda - para controlar, manipular e ler informações na forma de qubits - a versão qua¢ntica dos bits de computador cla¡ssicos," disse o professor Aharonovich.

"a‰ 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 manãtodo de mascaramento ra­gido, que usa uma fina camada de tungstaªnio meta¡lico para padronizar a nanoestrutura do diamante, permitindo a criação de cavidades de cristal fota´nico unidimensional.

"O uso de tungstaªnio como uma ma¡scara ra­gida 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 elanãtrons em resolução em nanoescala", disse o autor principal do artigo em Nanoscale, UTS Ph.D. candidato Blake Regan.

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

"Ele também permite a transferaªncia pa³s-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 fota´nicos qua¢nticos baseados em diamante", disse ele.

A camada de tungstaªnio 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 éque a remoção da ma¡scara de tungstaªnio não requer o uso de a¡cido fluora­drico - um dos a¡cidos mais perigosos atualmente em uso - então isso também melhora significativamente a segurança e acessibilidade do processo de nanofabricação de diamante.

Para abordar a questãodo custo e melhorar a escalabilidade, a equipe desenvolveu ainda mais uma etapa inovadora para crescer estruturas fota´nicas de diamante de cristal aºnico com defeitos qua¢nticos incorporados de um substrato policristalino.

"Nosso processo depende de um grande diamante policristalino de baixo custo, que estãodispona­vel como grandes wafers, ao contra¡rio do diamante de cristal aºnico de alta qualidade tradicionalmente usado, que élimitado a alguns mm2", disse a UTS Ph.D. candidato Milad Nonahal, autor principal do estudo em Advanced Quantum Technologies .

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

"Nosso manãtodo elimina a necessidade de materiais de diamante caros e o uso de implantação de a­ons, que éa chave para acelerar a comercialização de hardware qua¢ntico de diamante", disse UTS Dr. Mehran Kianinia, autor saªnior do segundo estudo.

"Nanofabricação de ressonadores de diamante transfera­veis de alto Q" épublicado na Nanoscale .

"Sa­ntese Bottom-Up de Pira¢mides de Diamante de Cristal ašnico Contendo Centros de Vaca¢ncia de Germa¢nio" épublicado em Advanced Quantum Technologies .

 

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