Germaniumia kvanttielektroniikkaan

26.10.2021

TU-Wien-kvanttielektroniikalle-el-ohjattava-suprajohde-Masiar-Sistani-250.jpgTU Wienin tutkijoiden kehittämä uusi elektroninen komponentti voi olla tärkeä avain kvanttitietotekniikan aikakaudelle: Erityistä valmistusprosessia käyttämällä puhdas germanium sidotaan alumiiniin tavalla, joka luo atomisesti teräviä rajapintoja. Tämä johtaa monoliittiseen metalli-puolijohde-metalli -heterostruktuuriin.

Uusi rakenne osoittaa vaikutuksia, jotka ovat erityisen ilmeisiä matalissa lämpötiloissa. Alumiinista tulee suprajohtavaa mutta ominaisuus siirtyy myös viereiseen germaniumpuolijohteeseen ja sitä voidaan sitten ohjata sähköisillä kentillä.

Tämä tekee siitä erityisen sopivan kvanttitekniikan monimutkaisiin sovelluksiin, kuten kvanttibittien käsittelyyn. Erityinen etu on, että voidaan käyttää vakiintuneita puolijohdetekniikoita germaniumpohjaisen kvanttielektroniikan mahdollistamiseksi.

Tohtori Masiar Sistani TU Wienin toteaa, että "Jos aiotaan käyttää germaniumia nanometristen komponenttien valmistamiseen, törmäät pahaan ongelmaan: korkealaatuisten sähkökontaktien tuottaminen on erittäin vaikeaa, koska pienimmilläkin epäpuhtauksilla voi olla suuri vaikutus sähköisiin ominaisuuksiin. Siksi olemme asettaneet tehtäväksemme kehittää uuden valmistusmenetelmän, joka mahdollistaa luotettavat ja toistettavat kontaktiominaisuudet."

TU-Wien-kvanttielektroniikalle-el-ohjattava-Ge-suprajohde-250.jpgAvain tähän on lämpötila: kun nanometrirakenteinen germanium ja alumiini saatetaan kosketuksiin ja kuumennetaan, molempien materiaalien atomit alkavat diffusoitua viereiseen materiaaliin - mutta hyvin eri määrin: germaniumatomit siirtyvät nopeasti alumiiniin, kun taas alumiini tuskin leviää germaniumiin ollenkaan." selittää Sistani. "Lopulta vain muutama nanometrin alue nanojohdon keskellä koostuu germaniumista, muu osa on alumiinia."

Uuden rakenteen ominaisuuksia lähemmin tarkasteltaessa kävi ilmi, että sillä on todellakin huomattavia ominaisuuksia: "Emme vain ensimmäistä kertaa kyenneet osoittamaan suprajohtavuutta puhtaassa, seostamattomassa germaniumissa, vaan pystyimme myös osoittamaan, että tätä rakennetta voidaan vaihtaa melko erilaisten käyttötilojen välillä sähkökentillä ohjaten", iloitsee tohtori Masiar Sistani.

"Tällainen germanium kvanttipisterakenne voi olla paitsi suprajohtava, mutta myös täysin eristävä tai se voi toimia kuten Josephson-transistori, joka on kvanttielektroniikkapiirien tärkeä peruselementti."

Australialaisen UNSW yliopiston tutkijat ovat puolestaan etsineen optimaaliset toimintapisteet erittäin nopeille ja yhtenäisille aukkoon perustuville spin-kiertorata kubitille Germaniumissa.

Vahvat spin-kiertorata-vuorovaikutukset tekevät elektroniaukon kvanttipisteistä keskeisen pyrkimyksen sähköiseen spin qubit -käsittelyyn, mikä mahdollistaa nopean, pienitehoisen, skaalautuvan kvanttilaskennan.

Tutkijoiden mukaan optimaalisten toimintapisteiden olemassaolo johtuu ryhmän IV kidesymmetriasta ja spin-3/2-järjestelmille ainutlaatuisen Rashba-spin-kiertorata-vuorovaikutuksen ominaisuuksista.

Tutkijoiden mukaan tulokset kumoavat perinteisen viisauden, jonka mukaan nopea toiminta merkitsee lyhyenpää käyttöaikaa ja he ehdottavat ryhmän IV aukon spin-kubitteja ihanteellisiksi alustoiksi erittäin nopeille ja yhtenäisille skaalautuville kvanttilaskennalle. Aiheesta aiemmin:

Kubitteja ohjaten

Kvanttipiste mittaa ja kaappaa

27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
29.02.2024Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille
16.01.2024Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle
15.01.2024Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä
13.01.2024Valo välittää dataa sata kertaa nopeammin kuin Wi-Fi
12.01.2024More than Moore -konsepti
11.01.2024Korkeamman lämpötilan suprajohteiden kytkentää
10.01.2024Hiili tehostaa 2D-elektroniikkaa
09.01.2024Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille
08.01.2024Polymeeristä syntyy katalyyttikide
06.01.2024Kuupölystä aurinkokennoja
05.01.2024Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja
04.01.2024Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin
03.01.2024Vetyä ja polymeeriä akkuihin
02.01.2024Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä
01.01.2024Yhdistetty "kilparata" mahdollistaa uuden optisen laitteen
29.12.2023Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja
28.12.2023Magneto-optista materiaalia pii-integrointiin
27.12.2023Kvanttipisteanturi ei tarvitse ulkoista teholähdettä
22.12.2023Sähköistävä parannus kuparin johtavuuteen
21.12.2023Yksittäisestä 2D-materiaalista suprajohtava liitos
20.12.2023Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille
19.12.2023Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja
18.12.2023Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia
16.12.2023Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti
15.12.2023Hierarkkinen generatiivinen mallinnus autonomisille roboteille
14.12.2023Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun
13.12.2023Optisella langattomalla ei ehkä enää ole esteitä
13.12.2023Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä
12.12.2023Edullista tribosähköä ja aurinkokenno puumateriaalista
08.12.20232D-materiaaleista 3D-elektroniikkaa tekoälylaitteistoihin
07.12.2023Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn
06.12.2023Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta
05.12.2023Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn
04.12.2023Lämpöä voidaan käyttää laskentaan
01.12.2023Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille
30.11.2023Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen
29.11.2023Mikrotekniikkaa ja molekyylikemiaa aurinkokennoille
28.11.2023Materiaalien kehittelyä koneoppisella
27.11.2023Kaksiulotteisia magneetteja tietotekniikalle
25.11.2023Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille
24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen

Näytä lisää »