Marilyn Monroe cantó que los diamantes son el mejor amigo de una chica, pero también son muy populares entre los científicos cuánticos, con dos nuevos avances de investigación preparados para acelerar el desarrollo de la tecnología cuántica basada en diamantes sintéticos, mejorar la escalabilidad, y reducir drásticamente los costos de fabricación.

Si bien el silicio se usa tradicionalmente para hardware de computadoras y teléfonos móviles, El diamante tiene propiedades únicas que lo hacen particularmente útil como base para tecnologías cuánticas emergentes, como las supercomputadoras cuánticas, comunicaciones seguras y sensores.

Sin embargo, existen dos problemas clave; costo, y dificultad para fabricar la capa de diamante monocristalino, que es menor que una millonésima parte de un metro.

Un equipo de investigación del Centro de Excelencia ARC para Metaóptica Transformativa de la Universidad de Tecnología de Sydney (UTS), dirigido por el profesor Igor Aharonovich, acaba de publicar dos artículos de investigación, en Nanoescala y Tecnologías cuánticas avanzadas , que abordan estos desafíos.

"Para que el diamante se utilice en aplicaciones cuánticas, necesitamos diseñar con precisión 'defectos ópticos' en los dispositivos de diamante (cavidades y guías de onda) para controlar, manipular y leer información en forma de qubits, la versión cuántica de los bits de computadora clásicos, "dijo el profesor Aharonovich.

"Es parecido a hacer agujeros o tallar barrancos en una hoja de diamante muy fina, para asegurar que la luz viaje y rebote en la dirección deseada, " él dijo.

Para superar el desafío del "grabado", los investigadores desarrollaron un nuevo método de enmascaramiento duro, que utiliza una fina capa de tungsteno metálico para modelar la nanoestructura del diamante, permitiendo la creación de cavidades de cristales fotónicos unidimensionales.

"El uso de tungsteno como máscara dura soluciona varios inconvenientes de la fabricación de diamantes. Actúa como una capa conductora de restricción uniforme para mejorar la viabilidad de la litografía por haz de electrones a una resolución a nanoescala, "dijo el autor principal del artículo en nanoescala, Doctorado en UTS candidato Blake Regan.

A lo mejor de nuestro conocimiento, Ofrecemos la primera evidencia del crecimiento de una estructura de diamante monocristalino a partir de un material policristalino utilizando un enfoque de abajo hacia arriba, como el cultivo de flores a partir de semillas.

"También permite la transferencia posterior a la fabricación de dispositivos de diamante al sustrato de elección en condiciones ambientales. Y el proceso se puede automatizar aún más, para crear componentes modulares para circuitos fotónicos cuánticos basados ​​en diamantes, " él dijo.

La capa de tungsteno tiene 30 nm de ancho, alrededor de 10, 000 veces más delgado que un cabello humano; sin embargo, permitió un grabado de diamante de más de 300 nm, una selectividad récord para el procesamiento de diamantes.

Una ventaja adicional es que la eliminación de la máscara de tungsteno no requiere el uso de ácido fluorhídrico, uno de los ácidos más peligrosos actualmente en uso, por lo que esto también mejora significativamente la seguridad y accesibilidad del proceso de nanofabricación de diamantes.

Para abordar el problema del costo, y mejorar la escalabilidad, El equipo desarrolló aún más un paso innovador para hacer crecer estructuras fotónicas de diamantes monocristalinos con defectos cuánticos incrustados a partir de un sustrato policristalino.

"Nuestro proceso se basa en diamantes policristalinos grandes de menor costo, que está disponible como obleas grandes, a diferencia del diamante monocristalino de alta calidad utilizado tradicionalmente, que se limita a unos pocos mm2 ", dijo el candidato a doctorado de UTS, Milad Nonahal, autor principal del estudio en Tecnologías cuánticas avanzadas .

"A lo mejor de nuestro conocimiento, Ofrecemos la primera evidencia del crecimiento de una estructura de diamante monocristalino a partir de un material policristalino utilizando un enfoque de abajo hacia arriba, como el cultivo de flores a partir de semillas, "añadió.

"Nuestro método elimina la necesidad de costosos materiales de diamante y el uso de la implantación de iones, que es clave para acelerar la comercialización de hardware cuántico de diamantes ", dijo el Dr. Mehran Kianinia de UTS, autor principal del segundo estudio.

"Nanofabricación de alta Q, resonadores de diamantes transferibles "se publica en Nanoescala .

"Síntesis ascendente de pirámides de diamantes monocristalinos que contienen centros vacantes de germanio" se publica en Tecnologías cuánticas avanzadas .