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  • La nueva nanoestructura podría ser la clave de la electrónica cuántica

    Interfaz extremadamente precisa entre los dos materiales. Crédito:Universidad Tecnológica de Viena

    Un nuevo componente electrónico de TU Wien (Viena) podría ser una clave importante para la era de la tecnología de la información cuántica:mediante un proceso de fabricación especial, El germanio puro se une con el aluminio de manera que se crean interfaces atómicamente nítidas. Esto da como resultado una heteroestructura denominada metal-semiconductor-metal monolítico.

    Esta estructura muestra efectos únicos que son particularmente evidentes a bajas temperaturas. El aluminio se vuelve superconductor, pero no solo eso, esta propiedad también se transfiere al semiconductor de germanio adyacente y se puede controlar específicamente con campos eléctricos. Esto lo hace excelentemente adecuado para aplicaciones complejas en tecnología cuántica, como el procesamiento de bits cuánticos. Una ventaja particular es que al utilizar este enfoque, no es necesario desarrollar tecnologías completamente nuevas. En lugar de, Se pueden utilizar técnicas de fabricación de semiconductores maduras y bien establecidas para habilitar la electrónica cuántica basada en germanio. Los resultados ya se han publicado en la revista. Materiales avanzados .

    Germanio:difícil de formar contactos de alta calidad

    "El germanio es un material que se reconoce por desempeñar un papel importante en la tecnología de semiconductores para el desarrollo de componentes más rápidos y con mayor eficiencia energética, "dice el Dr. Masiar Sistani del Instituto de Electrónica de Estado Sólido en TU Wien". Sin embargo, si uno tiene la intención de usarlo para producir componentes en una escala nanométrica, se encuentra con un problema importante:es extremadamente difícil producir contactos eléctricos de alta calidad, porque incluso las impurezas más pequeñas en los puntos de contacto pueden tener un impacto importante en las propiedades eléctricas. Por lo tanto, nos hemos propuesto la tarea de desarrollar un nuevo método de fabricación que permita propiedades de contacto fiables y reproducibles ".

    Átomos viajeros

    La clave para esto es la temperatura:cuando el germanio y el aluminio de estructura nanométrica se ponen en contacto y se calientan, los átomos de ambos materiales comienzan a difundirse en el material vecino, pero en grados muy diferentes:los átomos de germanio se mueven rápidamente hacia el aluminio, mientras que el aluminio apenas se difunde en el germanio. "Por lo tanto, si conecta dos contactos de aluminio a un nanoalambre de germanio delgado y aumenta la temperatura a 350 grados Celsius, los átomos de germanio se difunden por el borde del nanoalambre. Esto crea espacios vacíos en los que el aluminio puede penetrar fácilmente, "explica Masiar Sistani." Al final, solo un área de unos pocos nanómetros en el medio del nanoalambre consiste en germanio, el resto se ha rellenado con aluminio ".

    Normalmente, aluminio formado por diminutos granos de cristal, pero este nuevo método de fabricación forma un monocristal perfecto en el que los átomos de aluminio están dispuestos en un patrón uniforme. Como puede verse bajo el microscopio electrónico de transmisión, se forma una transición perfectamente limpia y atómicamente nítida entre el germanio y el aluminio, sin ninguna región desordenada en el medio. A diferencia de los métodos convencionales en los que se aplican contactos eléctricos a un semiconductor, por ejemplo, evaporando un metal, no se pueden formar óxidos en la capa límite.

    Comprobación de viabilidad en Grenoble

    Para observar más de cerca las propiedades de esta heteroestructura monolítica de metal-semiconductor de germanio y aluminio, Masiar Sistani colaboró ​​con el grupo de ingeniería cuántica del profesor Olivier Buisson en la Universidad de Grenoble. Resultó que, de hecho, la nueva estructura tiene propiedades bastante notables:"No solo pudimos demostrar la superconductividad en estado puro, germanio sin dopar por primera vez, También pudimos demostrar que esta estructura se puede cambiar entre estados operativos bastante diferentes utilizando campos eléctricos, "informa el Dr. Masiar Sistani." Un dispositivo de puntos cuánticos de germanio no solo puede ser superconductor sino también completamente aislante, o puede comportarse como un transistor Josephson, un elemento básico importante de los circuitos electrónicos cuánticos ".

    Esta nueva heteroestructura combina una amplia gama de ventajas:la estructura tiene excelentes propiedades físicas necesarias para las tecnologías cuánticas, tales como alta movilidad del portador y excelente manipulabilidad con campos eléctricos, y tiene la ventaja adicional de encajar bien con tecnologías microelectrónicas ya establecidas:el germanio ya se usa en las arquitecturas de chips actuales y las temperaturas requeridas para la formación de heteroestructura son compatibles con esquemas de procesamiento de semiconductores maduros. "Hemos desarrollado una estructura que no solo tiene propiedades cuánticas teóricamente interesantes, pero también abre una posibilidad tecnológicamente muy realista de habilitar más dispositivos novedosos y de ahorro de energía, "dice el Dr. Masiar Sistani.


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