Un nuovo componente elettronico potrebbe svolgere un ruolo chiave nell’elettronica quantistica Leave a comment


Un nuovo componente elettronico della TU Wien (Vienna) potrebbe svolgere un ruolo chiave nello sviluppo della tecnologia dell’informazione quantistica. Attraverso un processo di produzione su misura, il germanio puro è legato con l’alluminio per consentire la creazione di interfacce atomicamente nitide.

La ricerca che descrive in dettaglio questo nuovo processo è stata pubblicata in Materiale avanzato.

Sviluppare il nuovo approccio

Ne risulta un’eterostruttura monolitica metallo-semiconduttore-metallo, che mostra effetti unici a basse temperature. A queste basse temperature, l’alluminio diventa superconduttore e questa proprietà viene trasferita al semiconduttore al germanio adiacente. Ciò consente anche di essere controllato in modo specifico con campi elettrici.

Queste caratteristiche lo rendono particolarmente utile per applicazioni complesse nella tecnologia quantistica. In particolare, può essere utilizzato per elaborare bit quantistici. L’approccio non richiede lo sviluppo di tecnologie di fabbricazione completamente nuove poiché i semiconduttori esistenti tecniche di fabbricazione possono essere utilizzate per abilitare l’elettronica quantistica basata sul germanio.

Il Dr. Masiar Sistani proviene dall’Institute for Solid State Electronics alla TU Wien.

“Il germanio è un materiale che svolgerà sicuramente un ruolo importante nella tecnologia dei semiconduttori per lo sviluppo di componenti più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico”, afferma il dott. Sistani.

Interfaccia tra i due materiali. (Immagine: TU Vienna)

Affrontare le sfide

Grandi problemi sorgono se viene utilizzato per produrre componenti su scala nanometrica. In particolare, il materiale rende difficile produrre contatti elettrici di alta qualità a causa dell’elevato impatto di piccole impurità nei punti di contatto, che possono alterare notevolmente le proprietà elettriche.

“Ci siamo quindi posti il ​​compito di sviluppare un nuovo metodo di produzione che consenta proprietà di contatto affidabili e riproducibili”, afferma il dott. Sistani.

La chiave di questo approccio è la temperatura. Quando il germanio e l’alluminio a struttura nanometrica entrano in contatto e vengono riscaldati, gli atomi di entrambi i materiali iniziano a diffondersi nell’altro materiale. Tuttavia, accade in misura diversa.

Gli atomi di germanio si muovono rapidamente nell’alluminio, mentre quest’ultimo si diffonde a malapena.

“Quindi, se colleghi due contatti di alluminio a un sottile nanofilo di germanio e aumenti la temperatura a 350 gradi Celsius, gli atomi di germanio si diffondono dal bordo del nanofilo. Questo crea spazi vuoti in cui l’alluminio può quindi penetrare facilmente”, afferma il dott. Sistani. “Alla fine, solo un’area di pochi nanometri nel mezzo del nanofilo è costituita da germanio, il resto è stato riempito dall’alluminio”.

Il nuovo metodo di fabbricazione forma un unico cristallo perfetto in cui gli atomi di alluminio sono disposti secondo uno schema uniforme. Questo è diverso dal normale alluminio, che consiste di minuscoli grani di cristallo. Ciò consente una transizione atomicamente netta tra germanio e alluminio.

“Non solo siamo stati in grado di dimostrare per la prima volta la superconduttività nel germanio puro e non drogato, ma siamo stati anche in grado di dimostrare che questa struttura può essere commutata tra stati operativi molto diversi utilizzando campi elettrici. Un tale dispositivo a punti quantici al germanio può non solo essere superconduttore ma anche completamente isolante, oppure può comportarsi come un transistor Josephson, un importante elemento di base dei circuiti elettronici quantistici”, afferma il dott. Sistani.

Oltre alle sue applicazioni teoriche, queste nuove strutture potrebbero avere un grande impatto sui futuri dispositivi quantistici.



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