Silicon carbide se stává důležitým hráčem v kvantové scéně. Široce používaný ve specializovaných elektronických zařízeních, jako jsou LED diody a elektrická vozidla, umožňuje silicon carbide široké komerční využití a rostoucí využití ve vysokonapěťové elektronice, což z něj činí atraktivní materiál pro kvantové informační vědy s hlubokým dopadem.
Využitím fyziky na atomární úrovni technologie, jako jsou kvantové počítače, sítě a senzory, mají pravděpodobně v příštích desetiletích revoluční dopad na různá odvětví, jako je komunikace, vývoj léků a logistika.
Vědci z Argonne National Laboratory, Sandia National Laboratories a dalších partnerů provedli rozsáhlý výzkum vytváření kubitu – základních jednotek kvantového zpracování informací – ve slinutém karbidu.
Ve svém průlomovém studiu vědci z Argonne a Sandia použili nejmodernější nanoměřící nástroje v obou laboratořích a úspěšně demonstrovali metodu vytvoření kubitu ve slinutém karbidu s výjimečnou přesností. Prováděli také analýzy na vysoké úrovni, jako je reakce slinutého karbidu na implantaci kubitu na atomární úrovni.
Jejich zjištění umožňují vědcům lepší návrh kvantových obvodů pro konkrétní účely, ať už jde o návrh ultrapřesných senzorů nebo vytváření bezpečných komunikačních sítí.
Práce vědců byla publikována v časopise Nanotechnology.
Výzkum týmu zahrnuje vytváření kubitu ve slinutém karbidu. Tyto kubity mají dvě sousedící atomární defekty ve slinutém karbidovém krystalu. Vědci odkazují na tuto dvojici atomárních defektů jako na divakanci.
Výzkumný tým vyvinul metodu vytváření kubitu pomocí procesu, který byl zdokonalen v Centru pro integrované nanotechnologie Sandia (CINT). Pomocí jednoho z nástrojů CINT pro nanomateriály byli vědci schopni přesně implantovat křemíkové ionty do slinutého karbidu. Tento proces způsobuje uvolnění atomů slinutého karbidu a vytvoření divakance v materiálu.
Tento proces umožňuje vědcům nejen určit přesný počet atomů, které mají být přidány do slinutého karbidu, ale také umístit divakanci s přesností asi 25 nanometrů. Taková přesnost je zásadní pro integrování kvantových technologií do elektronických zařízení.
Po přesném umístění kubitu vystavili vědci z Argonne vzorky slinutého karbidu procesu zesílení, aby zlepšili vlastnosti a stabilizovali krystal slinutého karbidu.
Následně zmapovali formaci divakancí uvnitř krystalu a změny v jeho nanoměřítkové struktuře po procesu zesílení. Pro tuto charakterizaci využili výkonný Advanced Photon Source (APS) v Argonne, vědecké zařízení Ministerstva energetiky USA.
APS je obrovský stroj ve tvaru kruhu, dostatečně velký na to, aby obkroužil sportovní stadion. Vytváří vysoce intenzivní rentgenové paprsky, které dokážou proniknout hluboko do materiálů.
Vědci z Centra pro nanoměřítka Argonne (CNM), také vědeckého zařízení Ministerstva energetiky USA, využili speciální linku pro rentgenové paprsky v CNM na APS k prozkoumání mobilizace a formace divakancí v křemíkovém karbidu. Kolik defektů vznikne, když upravíte počet implantovaných atomů? Co se stane, když upravíte energii atomu? Jak ovlivňuje implantace strukturu slinutého karbidu?
„Tato nečistoty vedou k odlišným krystalickým konfiguracím, které způsobují napětí,“ řekl Titze. „Jak je napětí ovlivněno těmito různými defekty?“
Abychom odpověděli na tyto otázky, tým zahrnul silicon carbide vzorky tenkým paprskem rentgenového záření o velikosti 25 nanometrů.
„Můžete prozkoumat celý objem materiálu a vždy získat informace o struktuře toho, co se děje,“ řekl Delegate. „Nyní máte způsob, jak se na tyto stupnice dívat pomocí rentgenů. Můžete říct: ‚Jak se krystal choval před implantací, během a poté?'“
Použitím linky pro rentgenové paprsky CNM na APS byl tým schopen vizualizovat změny v nanoměřítkové struktuře slinutého karbidu s ohromným vysokým rozlišením a detekovat změny na úrovni 1 z milionu.
Kombinací přesného umístění kubitu pomocí nástroje CINT a přesného zobrazení jejich krystalového prostředí pomocí APS a CNM získává tým značný krok směrem k vytváření přizpůsobených kubitu ve slinutém karbidu, což vede k větším možnostem pro přizpůsobení kvantových aplikací.
Jejich práce také přináší nové poznatky o kubitech ve slinutém karbidu, což umožňuje vědecké komunitě vyvíjet a ladit svá kvantová zařízení založená na slinutém karbidu cíleným způsobem.
„Tato práce umožňuje všechny tyto aplikace v kvantových informačních vědách, ve kterých chcete implantovat velmi specifický ion kvůli jeho užitečným kvantovým vlastnostem,“ řekl Titze. „Nyní máte možnost použít toto znalost o místní deformaci kolem defektů tak, aby vám umožnila propojit stovky defektů na jednom čipu, které mezi sebou komunikují.“
Spolupráce týmu je důkazem meziinstitucionální spolupráce.
FAQ
1. Kolik defektů vznikne, když upravíte počet implantovaných atomů?
Počet defektů, které vzniknou, závisí na počtu implantovaných atomů. Přesné množství defektů lze určit a ovlivnit pomocí procesu implantace atomů do slinutého karbidu.
2. Co se stane, když upravíte energii atomu?
Energie atomu má vliv na strukturu a chování vytvořených defektů ve slinutém karbidu. Upravením energie atomu lze ovlivnit vlastnosti kubitu a jeho schopnost interakce s okolím.
3. Jak ovlivňuje implantace strukturu slinutého karbidu?
Implantace atomů do slinutého karbidu může mít vliv na jeho strukturu. Vytvořené defekty mohou způsobit různé krystalické konfigurace a napětí ve slinutém karbidu, což může ovlivnit jeho vlastnosti a chování.
Zdroj: [Original Article](https://www.anl.gov/article/scientists-use-argonnes-aps-to-map-silicon-carbide-reactions-to-atomiclevel-qubit)
The source of the article is from the blog elblog.pl