Kuantum cihazları için havaya dayanıklı, ultra ince süperiletken üretildi

Kuantum teknolojileri ve yarı iletken endüstrisinde uzun süredir aşılması zor olan malzeme sorunlarından biri MIT araştırmacılarının geliştirdiği yeni yöntemle çözüldü. Prof. William D. Oliver ve Prof. Jing Kong liderliğindeki ekip, tek atom kalınlığındaki hassas süperiletken malzemeleri oksitlenmeden geniş alanlarda üretebilen bir büyütme tekniği geliştirdi. Normal koşullarda sentezlendikten hemen sonra havayla temas ederek bozunan niyobyum diselenit, bu yöntemde doğrudan grafen tabakasının altında bulunan nanometre ölçekli boşlukta büyütülüyor. Böylece malzeme üretildiği anda doğal bir koruyucu katmanın altında kalıyor. Nature dergisinde yayımlanan çalışma, kuantum devrelerinde daha küçük bileşenlerin geliştirilmesi için yeni bir üretim yaklaşımı sunuyor.

GRAFEN KALKANI

Geleneksel yöntemlerde süperiletken malzeme silikon alt tabaka üzerinde büyütüldükten sonra koruyucu bir katmanla kaplanmaya çalışılıyor. Ancak bu sırada malzeme havayla temas ederek saniyeler içinde oksitlenebiliyor ve işlevini kaybediyor. MIT ekibi bu süreci tersine çevirdi. Grafen tabakası önce silikon yüzeye yerleştiriliyor, ardından öncü kimyasallar iki malzeme arasındaki 1 nanometreden daha küçük boşluğa gönderiliyor. Süperiletken film doğrudan grafenin altında oluşuyor. Bu yöntemle yaklaşık bir inç büyüklüğünde, düzgün ve sürekli tek katmanlı bir süperiletken film üretildi.

MİNYATÜR DEVRELER

Üretilen ultra ince niyobyum diselenit tabakası, küçük bir alanda yüksek miktarda indüktif enerji depolama kapasitesi sağlayan kinetik endüktans açısından yüksek değerler gösteriyor. Bu özellik, kuantum devrelerinde kullanılan büyük Josephson eklem dizilerinin yerine çok daha ince yapıların kullanılmasına imkân verebilir. Yaklaşık 1 nanometrelik film kalınlığı, kuantum işlemcilerindeki devre alanının küçültülmesini ve çip mimarisinin daha sıkı biçimde paketlenmesini mümkün hale getiriyor.

WAFER ÖLÇEĞİ

Çalışmanın önemli yönlerinden biri, üretimin yalnızca küçük laboratuvar örnekleriyle sınırlı kalmaması. Grafen altında büyütülen süperiletken filmin geniş alanlarda sürekli biçimde oluşturulabilmesi, yöntemi wafer ölçekli üretim süreçlerine daha yakın hale getiriyor. Malzemenin oksitlenmeden korunması da temiz oda ortamlarında farklı üretim adımlarına entegre edilmesini kolaylaştırıyor.

GENİŞ UYGULAMA

Geliştirilen üretim stratejisi yalnızca tek katmanlı niyobyum diselenitle sınırlı değil. Araştırmacılar yöntemin kuantum teknolojilerinde kullanılan farklı iki boyutlu malzemelere de uyarlanabileceğini belirtiyor. Grafen altında korunan bu yapılar; ultra hassas kuantum dedektörleri, uzay haberleşme sistemleri ve yeni nesil kuantum bilgisayar bileşenlerinde kullanılabilecek bir üretim altyapısı sunuyor.