Diamantapparaat met hoge doorslagspanning

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign ontwikkelden diamant p-type laterale Schottky-barrièrediodes ze zeggen dat ze de hoogste doorslagspanning en de laagste lekstroom hebben in vergelijking met eerdere diamantapparaten. Het diamantapparaat kan een hoge spanning aanhouden, ongeveer 5 kV, hoewel de spanning werd beperkt door de meetopstelling en niet door het apparaat zelf. In theorie kan het apparaat maximaal 9 kV ondersteunen.

"We hebben een elektronisch apparaat gebouwd dat beter geschikt is voor toepassingen met hoog vermogen, hoge spanning voor het toekomstige elektriciteitsnet en andere energietoepassingen", zegt Zhuoran Han, een afgestudeerde student aan UIUC. “En we hebben dit apparaat gebouwd op een materiaal met een ultrabrede bandgap, synthetische diamant, dat betere efficiëntie en betere prestaties belooft dan apparaten van de huidige generatie. Hopelijk zullen we doorgaan met het optimaliseren van dit apparaat en andere configuraties, zodat we de prestatielimieten van het materiële potentieel van diamant kunnen benaderen.” [1]

Rekbare diamantqubits voor kwantumnetwerken

Onderzoekers van de Universiteit van Chicago, het Argonne National Laboratory en de Universiteit van Cambridge uitgerekte dunne films van diamant om kwantumbits te creëren die kunnen functioneren als onderdeel van een kwantumnetwerk met aanzienlijk lagere apparatuur en kosten. Door de wijziging zijn de qubits ook gemakkelijker te controleren.

Om diamant op moleculair niveau uit te rekken, legden ze een dun laagje diamant over heet glas. Terwijl het glas afkoelt, krimpt het langzamer dan de diamant, waardoor de atomaire structuur van de diamant enigszins wordt uitgerekt. Hoewel het proces de atomen slechts een klein beetje uit elkaar beweegt, stelt het ze in staat hun samenhang te behouden bij temperaturen tot 4 Kelvin (of -452 °F) – een temperatuur die, hoewel nog steeds erg koud, kan worden bereikt met minder gespecialiseerde apparatuur.

“De meeste qubits vereisen tegenwoordig een speciale koelkast ter grootte van een kamer en een team van hoogopgeleide mensen om deze te runnen, dus als je je een industrieel kwantumnetwerk voorstelt waar je er elke vijf tot tien kilometer één moet bouwen, dan moet je nu We hebben het over behoorlijk wat infrastructuur en arbeid”, zegt Alex High, assistent-professor aan de Pritzker School of Molecular Engineering aan UChicago. De hogere temperatuur betekent een “verschil van een orde van grootte in infrastructuur- en exploitatiekosten.”

Bovendien maakt de verandering het ook mogelijk om de qubits met microgolven te besturen. Eerdere versies moesten licht in de optische golflengte gebruiken om informatie in te voeren en het systeem te manipuleren, wat ruis veroorzaakte en betekende dat de betrouwbaarheid niet perfect was. Door het nieuwe systeem en de microgolven te gebruiken, steeg de betrouwbaarheid echter tot 99%. [2]

Optische gegevensopslag in diamanten

Natuurkundigen van het City College of New York ontdekten dat door de opslag in het spectrale domein te multiplexen, de optische gegevensopslagcapaciteit in diamanten kan worden verbeterd. "Het betekent dat we veel verschillende afbeeldingen op dezelfde plek in de diamant kunnen opslaan door een laser van een iets andere kleur te gebruiken om verschillende informatie op te slaan in verschillende atomen op dezelfde microscopische plekken", zegt Tom Delord, postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij CCNY. "Als deze methode kan worden toegepast op andere materialen of bij kamertemperatuur, zou deze zijn weg kunnen vinden naar computertoepassingen die opslag met hoge capaciteit vereisen."

Het team concentreerde zich op 'kleurcentra' van diamant, atoomdefecten die licht kunnen absorberen en als platform voor kwantumtechnologieën kunnen dienen. “Wat we deden was de elektrische lading van deze kleurcentra heel nauwkeurig controleren met behulp van een smalbandlaser en cryogene omstandigheden”, legt Delord uit. “Deze nieuwe aanpak stelde ons in staat om kleine stukjes data op een veel fijner niveau te schrijven en te lezen dan voorheen mogelijk was, tot op één enkel atoom.”

De aanpak is ook omkeerbaar. “Je kunt een oneindig aantal keren schrijven, wissen en herschrijven”, zegt Richard G. Monge, een postdoctoraal onderzoeker bij CCNY. [3]

Referenties

[1] Z. Han en C. Bayram, “Diamond p-Type Laterale Schottky-barrièrediodes met hoge doorslagspanning (4612 V bij 0.01 mA/Mm)”, in IEEE Electron Device Letters, vol. 44, nee. 10, blz. 1692-1695, oktober 2023, http://dx.doi.org/10.1109/LED.2023.3310910

[2] Xinghan Guo et al., "Op microgolven gebaseerde kwantumcontrole en coherentiebescherming van spin-qubits met tin-vacancy in een op spanning afgestemde heterostructuur met diamantmembraan." Fysieke beoordeling X, 29 november 2023. https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.13.041037

[3] Monge, R., Delord, T. & Meriles, CA Omkeerbare optische gegevensopslag onder de diffractielimiet. Nat. Nanotechnologie. (2023). https://doi.org/10.1038/s41565-023-01542-9