Oamenii de știință s-au apropiat de integrarea diamantelor în cipuri de computer pe bază de siliciu, după ce au scăzut temperaturile necesare pentru a le crește în laborator și au îmbinat procesul cu mecanica cuantică.
Diamantele sunt foarte de dorit pentru utilizare în electronice. Acest lucru se datorează faptului că structura lor specifică a rețelei cristaline le permite să reziste la tensiuni electrice ridicate, în timp ce pot disipa căldura incredibil de bine, deoarece nu sunt conductoare electric. Dar pentru a fi fabricate în laborator, diamantele necesită, de asemenea, temperaturi extrem de ridicate – cu mult peste căldura pe care cipurile computerelor pot rezista pe măsură ce sunt fabricate – deci nu pot fi integrate cu ușurință în procesele de fabricare a cipurilor. Reducerea căldurii, între timp, sacrifică calitatea diamantului.
Într-un studiu publicat pe 13 septembrie în jurnal Diamant și materiale conexeoamenii de știință au găsit o modalitate de a reduce căldura necesară cultivării diamantelor suficient pentru a putea fi acum încorporate în procesul standard de fabricare a siliciului. Descoperirea înseamnă că cipurile de computer bazate pe diamante mai rapide și mai eficiente din punct de vedere energetic sunt o propunere mult mai realistă.
„Dacă dorim să implementăm diamantul în producția pe bază de siliciu, atunci trebuie să găsim o metodă de creștere a diamantului la temperatură mai scăzută”, autorul principal al studiului. Yuri Barsukovun asociat de cercetare computațională la Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), a spus într-un declaraţie. „Acest lucru ar putea deschide o ușă pentru industria microelectronicei cu siliciu”.
Diamantele sunt obținute în mod normal printr-un proces numit „depunere chimică de vapori îmbunătățită cu plasmă”, în care filme subțiri de acetilenă în stare gazoasă sunt depuse în stare solidă pe un substrat.
Experimentele anterioare au arătat că acetilena poate contribui la creșterea diamantului, dar duce și la creșterea funinginei, care se formează deasupra diamantului și îi inhibă utilitatea în cipuri, senzori și optică, a spus echipa. Oamenii de știință nu au înțeles anterior factorii care au făcut ca acetilena să devină funingine sau diamant.
„Acum avem un răspuns”, a spus Barsukov în declarație. „La fel ca apa la gheață, există o temperatură critică pentru tranziția unei faze la alta. Peste această temperatură critică, acetilena contribuie în principal la creșterea diamantelor. Sub această temperatură critică, contribuie în principal la creșterea funinginei”.
„Temperatura critică” depinde de concentrația de acetilenă și de prezența hidrogenului atomic lângă suprafața diamantului, au descoperit oamenii de știință. Atomii de hidrogen nu alimentează în mod direct creșterea diamantelor, dar sunt cruciali pentru promovarea creșterii diamantelor – chiar și la temperaturi mult mai scăzute.
Protejarea diamantului cuantic
Dar aceasta formează doar o parte a ecuației. Modul în care atomii se leagă în diamant îl face bine potrivit pentru calculul cuanticcomunicații sigure și detecție foarte precisă. Deci, un studiu publicat pe 11 iulie în jurnal Interfețe pentru materiale avansate a examinat modul de amorsare suplimentară a diamantelor pentru utilizare în electronice complexe. Se concentrează în jurul suprafețelor „diamantului cuantic”, în care atomii de carbon sunt îndepărtați și un atom vecin este înlocuit cu azot – creând ceva ce oamenii de știință numesc „centre de azot liber”. Suprafața acestor diamante complexe trebuie protejată în același timp păstrând intacte centrele de azot liber, au spus oamenii de știință în studiu.
„Electronii din acest material nu se comportă în conformitate cu legile fizicii clasice ca particulele mai grele”, Alastair Staceyșeful materialelor și dispozitivelor cuantice la PPPL, a declarat în declarație. „În schimb, ca toți electronii, ei se comportă în conformitate cu legile fizicii cuantice. Dar putem valorifica aceste proprietăți mecanice cuantice făcând qubiția adăugat el. Qubits sunt în calculul cuantic la ce biți sunt în calculul convențional și permit procesarea în paralel a calculelor.
„Avantajul qubiților este că pot deține mult mai multe informații decât biții obișnuiți”, a spus Stacey. „Acest lucru înseamnă că ne pot oferi, de asemenea, mult mai multe informații despre mediul lor, făcându-le extrem de valoroase ca senzori, de exemplu”.
Oamenii de știință și-au propus să creeze un singur strat de hidrogen pe suprafața diamantului cuantic, distribuit uniform, fără a schimba nimic sub suprafață. În studiul din iulie, ei au explorat tehnici pentru adăugarea acelui strat unic pe suprafața diamantului într-un mod mai fiabil, fără a provoca daune.
Stratul de hidrogen este adăugat în mod normal prin expunerea diamantului la plasmă de hidrogen la căldură ridicată – dar centrele de azot liber nu pot face față acestor condiții. În schimb, oamenii de știință au propus două metode alternative: „formarea de recoacere a gazului” și „terminarea plasmei la rece”. Prima tehnică folosește un amestec de molecule de hidrogen și azot gazos, în timp ce cea din urmă folosește plasmă de hidrogen, dar evită încălzirea directă a diamantului cu plasmă.
Ambele tehnici au creat diamant hidrogenat care ar putea conduce electricitatea. Niciuna dintre metode nu a fost perfectă, dar ambele au fost mult mai bune decât metoda convențională pentru a evita deteriorarea centrelor de azot liber, au spus cercetătorii în studiu. Ei au adăugat că următorii lor pași sunt explorarea unor noi metode de creare a suprafețelor de diamant hidrogenate de înaltă calitate, cu centre ideale de azot liber.
Comentarii recente