پژوهشگران موفق شده‌اند نوعی نیمه‌رسانای جدید بسازند که می‌تواند مسیر ساخت تراشه‌هایی با قابلیت انجام هم‌زمان محاسبات کلاسیک و کوانتومی را هموار کند.
به گزارش live science، این پیشرفت بر پایه ایجاد یک فاز ابررسانایی در ساختار ماده‌ای است که در آن یک اتم از هر هشت اتم ژرمانیم با عنصر ابررسانای گالیوم جایگزین شده است؛ دستاوردی که می‌تواند به تولید نسل جدیدی از فناوری‌های کوانتومی و حسگری منجر شود.
به گفته محققان در این روش می‌توان ۲۵ میلیون پیوند جوزفسون یکی از اجزای کلیدی در پردازش کوانتومی را تنها روی یک ویفر دو اینچی جای داد. این چگالی باورنکردنی می‌تواند انقلابی در توسعه رایانه‌های کوانتومی و دستگاه‌های حسگر بسیار حساس ایجاد کند.
جهش در فرایند دوپینگ نیمه‌رسانا‌ها
در صنعت نیمه‌رسانا دوپینگ یا تزریق کنترل‌شده عناصر خارجی به ساختار ماده نقش اساسی در تنظیم رفتار الکترونیکی دارد. اما این بار دانشمندان با استفاده از روشی متفاوت و پیشرفته، سطح دوپینگ را تا حدی افزایش داده‌اند که ژرمانیم تبدیل به یک ماده ابررسانا شده است.
دستیابی به ابررسانایی از طریق دوپینگ نخستین‌بار در سال ۱۹۶۴ مطرح شد، اما در دهه‌های اخیر تلاش‌های محققان برای بمباران ژرمانیم و سیلیکون با فلزات ابررسانا به دلیل آسیب‌دیدن شبکه بلوری با شکست مواجه شده بود.
جعفر شبانی فیزیک‌دان دانشگاه نیویورک و یکی از نویسندگان مطالعه توضیح می‌دهد که در روش‌های پیشین شبکه بلوری آسیب می‌دید و مشخص نبود آیا ابررسانایی از یک فاز جدید ناشی می‌شود یا از توده‌ای از ذرات فلزی که در ماده تجمع کرده‌اند.
موفقیت با روش رشد لایه‌به‌لایه
تغییر بزرگ زمانی رخ داد که تیم پژوهشی به سراغ اپیتاکسی باریکه مولکولی (MBE) رفت؛ روشی که در آن ماده لایه‌به‌لایه و با دقت اتمی روی سطح رشد داده می‌شود. در این حالت گالیوم و ژرمانیم هم‌زمان رسوب داده می‌شوند و محدودیت‌هایی شبیه حد حل‌شوندگی که باعث می‌شود دوپینگ بیش از حد ممکن به تجمع و توده شدن ماده منجر شود در این روش مطرح نیست.
شبانی می‌گوید: ما فقط در حال پاشیدن یک ماده روی ماده دیگر هستیم؛ هیچ قانون فیزیکی نقض نمی‌شود.
شناسایی یک فاز ابررسانای جدید
نمونه‌های تولید‌شده توسط این گروه برای بررسی دقیق به دانشگاه کوئینزلند در استرالیا ارسال شد. محققان آنجا با تجهیزات بسیار دقیق توانستند ساختار اتمی لایه ابررسانا را بررسی کنند.
به گفته جولیان استیل، پژوهشگر دانشگاه کوئینزلند ترکیب لایه‌های بلوری و اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق تصویری واضح و بی‌ابهام از یک ماده کوانتومی جدید ارائه داده است.
دمای گذار ابررسانایی در این ماده ۳.۵ کلوین گزارش شده؛ دمایی بسیار پایین، اما بالاتر از دمای گذار گالیوم خالص (حدود ۱ کلوین). این موضوع پرسش‌های جدیدی را درباره سازوکار ابررسانایی در این ساختار مطرح می‌کند.
گامی مهم برای ساخت کیوبیت‌های مقاوم‌تر
بررسی ساختاری نشان داد که شبکه بلوری بسیار منظم و کم‌اختلال است. این ویژگی برای ساخت لایه‌های متناوب نیمه‌رسانا و ابررسانا اهمیت زیادی دارد و می‌تواند چگالی ادوات کوانتومی روی یک تراشه را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.
شبانی می‌گوید: با این روش می‌توان ۲۵ میلیون پیوند جوزفسون را روی یک ویفر جای داد. هرکدام از اینها می‌تواند یک کیوبیت یا یک پیکسل حسگر باشد.
این نظم بلوری بالا همچنین می‌تواند به کاهش ناهمدوسی کیوبیت‌ها کمک کند؛ مشکلی که یکی از بزرگ‌ترین موانع در توسعه سامانه‌های پردازش کوانتومی است.
چشم‌اندازی که می‌تواند صنعت را متحول کند
مزیت دیگر این دستاورد سازگاری کامل آن با زیرساخت جهانی تولید نیمه‌رسانا‌های سیلیکونی و ژرمانیمی است. شبانی توضیح می‌دهد: اکنون یک زیرساخت تریلیون دلاری دارید که می‌تواند ابررسانایی را هم وارد جعبه ابزار خود کند. این موضوع می‌تواند زمان رسیدن به رایانش کوانتومی حالت‌جامد را به‌شدت کوتاه کند.
این پژوهش که نتایج آن در Nature Nanotechnology منتشر شده می‌تواند زمینه‌ساز عصر جدیدی از تراشه‌های ترکیبی باشد؛ جایی که محاسبات کلاسیک و کوانتومی بدون جدایی و روی یک بستر مشترک انجام می‌شوند.
انتهای پیام/