روش جدید اتصال الماس به سایر مواد می‌تواند به دستگاه‌های پیشرفته کوانتومی امکان‌پذیر شود
پژوهشگران در دانشگاه شیکاگو و آزمایشگاه ملی آرگون پیشرفت قابل توجهی در علوم مواد داشته‌اند.
آن‌ها روشی جدید توسعه داده‌اند که به آن‌ها امکان می‌دهد الماس را به صورت مستقیم به مواد مختلفی مانند سیلیکون و یاقوت کبود پیوند دهند.
این پیشرفت به چالش عمده‌ای در ادغام الماس در الکترونیک کوانتومی و معمولی پرداخته و امکان‌های هیجان‌انگیزی برای بهبود عملکرد دستگاه و کاربردهای جدید در فناوری‌های کوانتومی فراهم می‌کند.
الماس به دلیل دوام، رسانایی حرارتی و پایداری شیمیایی در الکترونیک و فناوری کوانتومی بسیار ارزشمند است.
«الماس به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد ماده‌ای خود، هم در الکترونیک با شکاف باند گسترده، بهترین رسانایی حرارتی و استحکام دی‌الکتریک استثنایی و هم در فناوری کوانتومی، که مراکز نیتروژن نقص آن معیار طلایی برای حس‌گرهای کوانتوم در دمای اتاق هستند، بی‌نظیر است»، توضیح داد دکتر الکس های از دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر دانشگاه شیکاگو.
غلبه بر چالش‌ها
برای فناوری‌های کوانتومی، الماس میزبان مراکز نیتروژن نقص است. این‌ها نقص‌هایی در ساختار شبکه‌ای الماس هستند که می‌توانند برای حس‌گرهای کوانتومی در دمای اتاق استفاده شوند. اما برخی چالش‌ها با الماس در زمان استفاده از آن‌ها برای دستگاه‌های کوانتوم وجود دارد.
«این همواپیتاکسیال است، یعنی فقط بر روی سایر الماس‌ها رشد می‌کند و ادغام الماس در کامپیوترهای کوانتومی یا معمولی، حس‌گرهای کوانتومی، تلفن‌های همراه یا سایر دستگاه‌ها به معنای فدا کردن حداکثر ظرفیت الماس یا استفاده از قطعات بزرگ و گران‌قیمت این ماده ارزشمند است»، در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران بیان شد.
روش تیم پژوهشی مستقیماً الماس را به مواد مختلف بدون هیچ لایه‌ی واسطی پیوند می‌دهد. این تکنیک شامل یک فرایند دو مرحله‌ای است.
ابتدا، سطوح الماس و ماده‌ی زیرآیند را به گونه‌ای درمان می‌کنند که برای یکدیگر جذاب شوند. این درمان ایجاد «پیوندهای معلق» بر روی سطح الماس می‌کند که اساساً آن را «چسبناک» می‌کند.
دوم، دو سطح را به دقت به هم نزدیک می‌کنند، و اطمینان حاصل می‌کنند که کاملاً صاف هستند. فرایند آنیل سپس پیوند را تقویت کرده و آن را به اندازه کافی قوی می‌کند تا سختی‌های فرآیندهای نانو ساخت را تحمل کند.
ایجاد غشاءهای الماس فوق‌باریک
این پیشرفت اجازه می‌دهد تا غشاء الماس فوق‌باریک، با ضخامت 100 نانومتر، با سایر مواد ادغام شود.
«به جای الماس‌های فله‌ای با چند صد میکرون ضخامت که معمولاً برای مطالعه کیوبیت‌های کوانتوم استفاده می‌شوند، تیم غشاءهای بلوری به ضخامت 100 نانومتر را پیوند داد در حالی که همچنان سازگاری اسپین مناسب برای کاربردهای پیشرفته کوانتومی حفظ شد»، خبرنامه اضافه کرد.
این یک بهبود قابل توجه نسبت به روش‌های قبلی است که نیاز به قطعات میکروسکوپیک بزرگتری از الماس داشتند.
«ما به الماس و زیرآیندهای حامل درمان سطحی انجام می‌دهیم که آن‌ها را برای یکدیگر بسیار جذاب می‌کند. و با اطمینان از اینکه سطح ما پاک و صیقلی است، دو سطح بسیار صاف به هم پیوند خواهند خورد»، بیان کرد زینگهان گوئو، نویسنده اصلی این مطالعه.
«یک فرآیند آنیل پیوند را تقویت کرده و واقعاً آن را قوی می‌کند. به همین دلیل است که الماس ما می‌تواند فرآیندهای مختلف نانو ساخت را تحمل کند.»
پیامدهای گسترده
پیامدهای این تحقیق گسترده است. این پتانسیل را دارد که انقلاب در محاسبات کوانتومی، حس‌گری کوانتومی و حتی الکترونیک معمولی مانند تلفن‌های همراه و کامپیوترها ایجاد کند.
به عنوان مثال، در حس‌گری کوانتومی، این فناوری می‌تواند امکان توسعه حس‌گرهای زیستی حساسی که می‌توانند تغییرات جزئی در سیستم‌های بیولوژیکی را تشخیص دهند، فراهم کند.
«این تکنیک جدید پتانسیل زیادی برای تأثیرگذاری بر روش‌های ما در انجام کوانتوم و حتی تولید تلفن یا کامپیوتر دارد»، نتیجه‌گیری کرد آوری لیندر، هم‌نویسنده مقاله.
