Συσκευή διαμαντιών με υψηλή τάση διακοπής

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στην Urbana-Champaign ανέπτυξαν πλευρικές διόδους φραγμού Schottky τύπου p διαμαντιού λένε ότι έχουν την υψηλότερη τάση διάσπασης και το χαμηλότερο ρεύμα διαρροής σε σύγκριση με προηγούμενες συσκευές διαμαντιού. Η διαμαντένια συσκευή μπορεί να διατηρήσει υψηλή τάση, περίπου 5 kV, αν και η τάση περιορίστηκε από τη ρύθμιση της μέτρησης και όχι από την ίδια τη συσκευή. Θεωρητικά, η συσκευή μπορεί να αντέξει έως και 9 kV.

«Κατασκευάσαμε μια ηλεκτρονική συσκευή καταλληλότερη για εφαρμογές υψηλής ισχύος, υψηλής τάσης για το μελλοντικό ηλεκτρικό δίκτυο και άλλες εφαρμογές ισχύος», δήλωσε ο Zhuoran Han, μεταπτυχιακός φοιτητής στο UIUC. «Και κατασκευάσαμε αυτή τη συσκευή σε ένα εξαιρετικά ευρύ υλικό, το συνθετικό διαμάντι, το οποίο υπόσχεται καλύτερη απόδοση και καλύτερη απόδοση από τις συσκευές τρέχουσας γενιάς. Ας ελπίσουμε ότι θα συνεχίσουμε να βελτιστοποιούμε αυτή τη συσκευή και άλλες διαμορφώσεις, ώστε να μπορέσουμε να προσεγγίσουμε τα όρια απόδοσης των δυνατοτήτων υλικού του διαμαντιού.» [1]

Ελαστικά qubits διαμαντιών για κβαντικά δίκτυα

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, το Εθνικό Εργαστήριο Argonne και το Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ τεντωμένες λεπτές μεμβράνες διαμαντιού για τη δημιουργία κβαντικών δυαδικών ψηφίων που μπορούν να λειτουργήσουν ως μέρος ενός κβαντικού δικτύου με σημαντικά μειωμένο εξοπλισμό και έξοδα. Η αλλαγή καθιστά επίσης ευκολότερο τον έλεγχο των qubits.

Για να τεντώσουν το διαμάντι σε μοριακό επίπεδο, έβαλαν μια λεπτή μεμβράνη διαμαντιού πάνω από καυτό γυαλί. Καθώς το γυαλί ψύχεται, συρρικνώνεται με πιο αργό ρυθμό από το διαμάντι, τεντώνοντας ελαφρά την ατομική δομή του διαμαντιού. Ενώ η διαδικασία απομακρύνει τα άτομα μόνο σε μικρή ποσότητα, τους επιτρέπει να διατηρούν τη συνοχή τους σε θερμοκρασίες έως και 4 Kelvin (ή -452°F) - μια θερμοκρασία που, ενώ είναι ακόμα πολύ κρύα, μπορεί να επιτευχθεί με λιγότερο εξειδικευμένο εξοπλισμό.

«Τα περισσότερα qubits σήμερα απαιτούν ένα ειδικό ψυγείο στο μέγεθος ενός δωματίου και μια ομάδα άριστα εκπαιδευμένων ανθρώπων για τη λειτουργία του, οπότε αν απεικονίζετε ένα βιομηχανικό κβαντικό δίκτυο όπου θα πρέπει να χτίζετε ένα κάθε πέντε ή 10 χιλιόμετρα, τώρα «Μιλάμε για αρκετή υποδομή και εργασία», είπε ο Alex High, επίκουρος καθηγητής στη Σχολή Μοριακής Μηχανικής Pritzker στο UChicago. Η υψηλότερη θερμοκρασία σημαίνει μια «διαφορά τάξης μεγέθους στην υποδομή και το λειτουργικό κόστος».

Επιπλέον, η αλλαγή καθιστά επίσης δυνατό τον έλεγχο των qubits με μικροκύματα. Οι προηγούμενες εκδόσεις έπρεπε να χρησιμοποιούν φως στο οπτικό μήκος κύματος για να εισάγουν πληροφορίες και να χειρίζονται το σύστημα, κάτι που εισήγαγε θόρυβο και σήμαινε ότι η αξιοπιστία δεν ήταν τέλεια. Με τη χρήση του νέου συστήματος και των μικροκυμάτων, ωστόσο, η πιστότητα ανέβηκε στο 99%. [2]

Οπτική αποθήκευση δεδομένων σε διαμάντια

Οι φυσικοί στο The City College της Νέας Υόρκης διαπίστωσαν ότι με την πολυπλεξία της αποθήκευσης στον φασματικό τομέα, το χωρητικότητα αποθήκευσης οπτικών δεδομένων στα διαμάντια μπορεί να βελτιωθεί. «Σημαίνει ότι μπορούμε να αποθηκεύσουμε πολλές διαφορετικές εικόνες στο ίδιο σημείο στο διαμάντι χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ ελαφρώς διαφορετικού χρώματος για να αποθηκεύσουμε διαφορετικές πληροφορίες σε διαφορετικά άτομα στα ίδια μικροσκοπικά σημεία», δήλωσε ο Tom Delord, μεταδιδακτορικός ερευνητικός συνεργάτης στο CCNY. «Εάν αυτή η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί σε άλλα υλικά ή σε θερμοκρασία δωματίου, θα μπορούσε να βρει τον δρόμο της για υπολογιστικές εφαρμογές που απαιτούν αποθήκευση υψηλής χωρητικότητας».

Η ομάδα επικεντρώθηκε σε «κέντρα χρώματος» διαμαντιών, ατομικά ελαττώματα που μπορούν να απορροφήσουν το φως και να χρησιμεύσουν ως πλατφόρμα για κβαντικές τεχνολογίες. «Αυτό που κάναμε ήταν να ελέγξουμε το ηλεκτρικό φορτίο αυτών των χρωματικών κέντρων με μεγάλη ακρίβεια χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ στενής ζώνης και κρυογονικές συνθήκες», εξήγησε ο Delord. «Αυτή η νέα προσέγγιση μάς επέτρεψε ουσιαστικά να γράφουμε και να διαβάζουμε μικροσκοπικά κομμάτια δεδομένων σε πολύ πιο λεπτό επίπεδο από ό,τι ήταν προηγουμένως δυνατό, μέχρι ένα μόνο άτομο».

Η προσέγγιση είναι επίσης αναστρέψιμη. «Μπορεί κανείς να γράψει, να σβήσει και να ξαναγράψει άπειρες φορές», είπε ο Richard G. Monge, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο CCNY. [3]

αναφορές

[1] Z. Han and C. Bayram, “Diamond p-Type Lateral Schottky Barrier Diodes With High Breakdown Voltage (4612 V at 0.01 mA/Mm),” στο IEEE Electron Device Letters, τόμ. 44, αρ. 10, σελ. 1692-1695, Οκτ. 2023, http://dx.doi.org/10.1109/LED.2023.3310910

[2] Xinghan Guo et al, «Κβαντικός έλεγχος και προστασία συνοχής με βάση τα μικροκύματα των qubits spin κενού κασσίτερου σε μια ετεροδομή μεμβράνης διαμαντιού ρυθμισμένης έντασης». Physical Review X, 29 Νοεμβρίου 2023. https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.13.041037

[3] Monge, R., Delord, T. & Meriles, CA Αναστρέψιμη αποθήκευση οπτικών δεδομένων κάτω από το όριο περίθλασης. Nat. Nanotechnol. (2023). https://doi.org/10.1038/s41565-023-01542-9