(أخبار نانويرك) قام فريق في جامعة ملبورن باختراع تقنية لدمج ذرات مفردة في رقاقة السيليكون واحدة تلو الأخرى. توفر تقنيتهم القدرة على صنع أجهزة كمبيوتر كمومية باستخدام نفس الأساليب التي منحتنا أجهزة تقليدية رخيصة وموثوقة تحتوي على مليارات الترانزستورات.
يقول البروفيسور ديفيد جاميسون من جامعة ملبورن ، المؤلف الرئيسي للمواد المتقدمة (Advanced Materials): “يمكننا سماع النقرة الإلكترونية حيث سقطت كل ذرة في كل موقع من ال 10000 موقع في الجهاز النموذجي الأولي الذي صممناه. تتمثل رؤيتنا في استخدام هذه التقنية لبناء جهاز كمومي كبير جدًا جدًا، (“الغرس الإشعاعي الضحل في السيليكون تصل إلى 99.85٪ بواسطة التفاعلات الأيونية الصلبة “*) وهي ورقة بحثية تصف هذه العملية.
المؤلفون المشاركون هم من جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني، هيلمهولتز-زينتروم دريسدن-روسندورف (HZDR)، معهد لايبنيز للهندسة السطحية (IOM)، ومرفق الفحص المجهري RMIT والتحليل الدقيق.
يقول الباحثون: “نعتقد أننا في نهاية المطاف يمكن أن نصنع آلات كبيرة الحجم على أساس ذرة واحدة من البتات الكمومية باستخدام طريقتنا والاستفادة من تقنيات التصنيع التي أتقنتها صناعة أشباه الموصلات”.
حتى الآن، كان زرع الذرات في السيليكون عملية عشوائية، حيث يتم رش شريحة من السيليكون بالفوسفور الذي يتم زرعه بشكل عشوائي، مثل قطرات المطر على النافذة. لقد قمنا بتضمين أيونات الفوسفور، ونعد كل واحدة منها بدقة في المادة المتفاعلة لعنصر السيليكون لتكوين “رقاقة” كيوبت، التي يمكن استخدامها بعد ذلك في التجارب المعملية لاختبار تصميمات الأجهزة الكبيرة”.
“سيسمح لنا ذلك بهندسة العمليات المنطقية الكمومية بين مصفوفات كبيرة من الذرات الفردية، مع الاحتفاظ بعمليات دقيقة للغاية عبر المعالج بالكامل”، كما قال أستاذ العلوم أندريا موريلو بجامعة نيو ساوث ويلز، وهو مؤلف مشارك في الورقة البحثية: “بدلاً عن زرع العديد من الذرات في مواقع عشوائية واختيار الذرات التي تعمل بشكل أفضل، سيتم وضعها الآن في مصفوفة منظمة، على غرار الترانزستورات في رقائق الكمبيوتر التقليدية بأشباه الموصلات.”
يقول الدكتور ألكساندر (ملفين) جاكوب، المؤلف الأول للورقة البحثية، وهو أيضًا من جامعة ملبورن. “لقد استخدمنا تقنية متقدمة تم تطويرها لكاشفات الأشعة السينية الحساسة ومجهرًا خاصًا للقوة الذرية تم تطويره في الأصل لمهمة Rosetta الفضائية جنبًا إلى جنب مع نموذج كمبيوتر شامل لمسار الأيونات المزروعة في السيليكون، تم تطويره بالتعاون مع زملائنا في ألمانيا،”يمكن لهذه التقنية الجديدة أن تخلق أنماطًا واسعة النطاق من الذرات المعدودة التي يتم التحكم فيها لذلك يمكن التلاعب بحالاتها الكمومية وإقرانها وقراءتها.
تستفيد التقنية التي طورها البروفيسور جاميسون وزملاؤه من دقة مجهر القوة الذرية، التي لديها نتوء حاد الذي “يلامس” بلطف سطح الشريحة بدقة متناهية الصغر تبلغ نصف نانومتر فقط، تقريبًا مثل التباعد بين الذرات في بلورة السيليكون.
قام الفريق بحفر ثقب صغير في هذا النتوء بحيث عندما يتم رش ذرات الفوسفور يمكن للمرء أن يسقط عبر هذا الثقب وتضمينه في المادة المتفاعلة لعنصر السيليكون. المفتاح، مع ذلك، كان هو معرفة متى بالضبط ذرة واحدة فقط – وليس أكثر – أصبحت جزءا لا يتجزأ من المادة المتفاعلة مع السيليكون ثم يمكن أن ينتقل النتوء إلى الموضع الدقيق التالي على المصفوفة.
اكتشف الفريق أنه يمكن استغلال الطاقة الحركية للذرة خلال دخولها في بلورة السيليكون وتبديد طاقتها عن طريق الاحتكاك لعمل “نقرة” إلكترونية صغيرة. هذه هي الطريقة التي نعرف بها أن الذرة قد اندمجت في السيليكون لتنتقل إلى الموضع الدقيق التالي.
يقول البروفيسور جاميسون: “تصطدم ذرة واحدة بقطعة من السيليكون بنقرة خافتة للغاية، لكننا اخترعنا إلكترونيات حساسة للغاية تستخدم لاكتشاف هذه النقرة، ويتم تضخيمها كثيرًا لتعطي إشارة مسموعة وموثوقة”. “يتيح لنا ذلك أن نكون واثقين جدًا من طريقتنا. يمكننا أن نقول، “أوه، كانت هناك نقرة تدل بأن الذرة وصلت للتو وأنه يمكننا نقل النتوء إلى النقطة التالية وانتظار النقرة للذرة التالية “.
يقول البروفيسور جاميسون أيضا: “مع شركائنا في المركز، حققنا بالفعل نتائج رائدة على ذرة كيوبت واحدة مصنوعة بهذه التقنية ، لكن الاكتشاف الجديد سيسرع عملنا على الأجهزة الكبيرة”.
المصدر: Science in Public – الترجمة: موقع نادي نانو
*Deterministic Shallow Dopant Implantation in Silicon with Detection Confidence Upper-Bound to 99.85% by Ion–Solid Interactions
