JAV Energetikos departamento (DOE) nacionalinės „Argonne“ laboratorijos ir Čikagos universiteto mokslininkai pasiekė proveržį, kuris turėtų padėti sėkmingai kontroliuoti vakansijų susidarymo silicio karbide (puslaidininkyje) procesą.
Užrašas „Vacancies“ yra tai, ką tikimės pamatyti, kai keliaudami užsienyje ieškome, kur apsistoti. Kalbant apie kvantines medžiagas, vakansija (angl. vacancy) taip pat yra tai, ką norisi išvysti. Mokslininkai jas kuria, pašalindami kristalinių medžiagų atomus. Atsiradusios vakansijos gali būti naudojamos kaip kvantiniai bitai arba kubitai – pagrindinis kvantinės technologijos vienetas, rašo „SciTechDaily“.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
JAV Energetikos departamento (DOE) nacionalinės „Argonne“ laboratorijos ir Čikagos universiteto mokslininkai pasiekė proveržį, kuris turėtų padėti sėkmingai kontroliuoti vakansijų susidarymo silicio karbide (puslaidininkyje) procesą.
Puslaidininkiai yra medžiaga, iš kurios daromos mobiliųjų telefonų, kompiuterių, medicinos įrangos ir panašių įrenginių „smegenys“. Tokiais atvejais atominio lygio defektai, pasireiškiantys vakansijų pavidalu, yra nepageidaujami, nes jie gali sutrikdyti įrenginio funkcionavimą. Tačiau, remiantis naujausiais tyrimais, tam tikros vakansijų silicio karbide ir kituose puslaidininkiuose rūšys gali sudaryti galimybes realizuoti kubitus kvantiniuose prietaisuose. Kubitai gali būti pritaikyti kuriant programišiams neįveikiamus ryšio tinklus ar itin jautrius jutiklius, galinčius aptikti atskiras molekules ar ląsteles. Ateityje taip pat gali būti sukurti naujo tipo kompiuteriai, galintys išspręsti sudėtingas problemas, kurių neįveikia šiuolaikiniai kompiuteriai.
„Mokslininkai jau žino, kaip sukurti kubito vertę atitinkančias vakansijas puslaidininkiuose, tokiuose kaip silicio karbidas ar deimantas, – sako „Argonne“ laboratorijos medžiagų mokslo skyriaus vyresnioji mokslininkė ir Čikagos universiteto molekulinės inžinerijos ir chemijos profesorė Giulia Galli. – Tačiau ieškant naujų praktinio panaudojimo galimybių, jiems dar teks nemažai padirbėti, pritaikant šias vakansijas norimomis funkcijomis.“
Silicio karbido puslaidininkiuose vakansijos atsiranda, pašalinus atskirus silicio ir anglies atomus kristalinėje gardelėje. Svarbu tai, kad anglies vakansija gali jungtis su gretimai esančia silicio vakansija. Tokia suporuota vakansija, dar vadinama „divakansija“, gali tapti pagrindu silicio karbido kubitui. Problema ta, kad atskirų vakansijų jungimo į divakannsijas išeiga labai maža – vos keli procentai. Mokslininkai lenktyniauja ieškodami būdų, kaip ją padidinti.
„Norint, kad mėginyje atsirastų defektų, į jį paleidžiamas greitųjų elektronų spindulys, kuris išmuša atskirus atomus, – aiškina Čikagos universiteto Pritzkerio molekulinės inžinerijos mokykloje studijas po doktorantūros tęsianti mokslininkė Elizabeth Lee. – Tačiau „bombardavimas“ elektronais turi ir nepageidaujamą šalutinį poveikį.“
Mokslininkai gali ištaisyti atsiradusius defektus, palaikydami mėginį labai aukštoje, aukštesnėje nei 700 laipsnių Celsijaus, temperatūroje ir vėl atvėsindami iki kambario temperatūros. Svarbu yra sukurti procesą, kuris padėtų išsaugoti norimus defektus ir ištaisyti nepageidaujamus.
„Didelio našumo kompiuteriais atominiu lygmeniu atlikdami kompiuterinį modeliavimą, galime stebėti, kaip, laikui bėgant, defektai formuojasi, juda, nyksta ir sukasi mėginyje, veikiami skirtingos temperatūros, – aiškina E. Lee. – Eksperimentiškai to padaryti kol kas negalime.“
Panaudoję sudėtingus skaičiavimo įrankius, mokslininkai sugebėjo atsekti, kaip dvi vakansijos susilieja į divakansiją. Mokslininkų pastangos leido jiems padaryti keletą atradimų, kurie greičiausiai taps dar vienu žingsniu link naujų kvantinių įrenginių kūrimo. Pirmasis yra susijęs su tuo, kad kuo daugiau yra silicio vakansijų, lyginant su anglies vakansijomis terminio apdorojimo pradžioje, tuo daugiau divakansijų susidaro bandymo pabaigoje. O antrasis siejamas su optimaliausios temperatūros nustatymu stabilioms divakansijoms sukurti ir pakeisti jų orientaciją kristalų struktūroje jų nesunaikinant.
Mokslininkai gali panaudoti pastarąjį atradimą, kad sulygiuotų visų divakansijų orientaciją ta pačia kryptimi. Tai būtų labai naudinga, kuriant programas, galinčias veikti su daug kartų už šiandieninių jutiklių didesne skiriamąja geba.
Tyrimas publikuotas „Nature Communications“.
