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Crédito: Imágenes falsas
Los científicos están cada vez más cerca de integrar diamantes en chips de computadora basados en silicio, a posteriori de someter las temperaturas necesarias para cultivarlos en el laboratorio y fusionar el proceso con mecánica cuántica.
Los diamantes son muy deseables para su uso en electrónica. Esto se debe a que su estructura de red cristalina específica les permite soportar altos voltajes eléctricos, mientras que igualmente pueden disipar el calor increíblemente aceptablemente porque no son conductores de electricidad. Pero para fabricarse en el laboratorio, los diamantes igualmente requieren temperaturas extremadamente altas (mucho más allá del calor que los chips de computadora pueden soportar mientras se fabrican), por lo que no pueden integrarse fácilmente en los procesos de fabricación de chips. Mientras tanto, someter el calor sacrifica la calidad del diamante.
Resolviendo un enigma relacionado con los diamantes
En un estudio publicado el 13 de septiembre en la revista Diamante y materiales relacionadoslos científicos encontraron una guisa de someter el calor necesario para hacer crecer los diamantes lo suficiente como para que ahora puedan incorporarse al proceso de fabricación de silicio típico. El avance significa que los chips de computadora basados en diamantes, más rápidos y con longevo eficiencia energética, son una propuesta mucho más realista.
“Si queremos implementar el diamante en la fabricación basada en silicio, entonces necesitamos encontrar un método de crecimiento del diamante a último temperatura”, afirma el autor principal del estudio. Yuri Barsukovdijo un investigador computacional del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL), en un información. “Esto podría aclarar una puerta a la industria de la microelectrónica de silicio”.
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Los diamantes normalmente se fabrican mediante un proceso llamado “deposición química de vapor mejorada con plasma”, en el que películas delgadas de acetileno en estado vaporoso se depositan en estado sólido sobre un sustrato.
Experimentos anteriores demostraron que el acetileno puede contribuir al crecimiento del diamante, pero igualmente conduce al crecimiento de hollín, que se forma encima del diamante e inhibe su utilidad en chips, sensores y ópticas, dijo el equipo. Hasta ahora, los científicos no entendían los factores que causaban que el acetileno se convirtiera en hollín o en diamante.
“Ahora tenemos una respuesta”, dijo Barsukov en el comunicado. “Al igual que el agua con el hielo, existe una temperatura crítica para la transición de una etapa a otra. Por encima de esta temperatura crítica, el acetileno contribuye principalmente al crecimiento del diamante. Por debajo de esta temperatura crítica, contribuye principalmente al crecimiento del hollín”.
Los científicos descubrieron que la “temperatura crítica” depende de la concentración de acetileno y de la presencia de hidrógeno atómico cerca de la superficie del diamante. Los átomos de hidrógeno no alimentan directamente el crecimiento de los diamantes, pero son cruciales para promover el crecimiento de los diamantes, incluso a temperaturas mucho más bajas.
Protegiendo el diamante cuántico
Pero esto forma sólo una parte de la ecuación. La forma en que se unen los átomos en el diamante lo hace muy adecuado para computación cuánticacomunicaciones seguras y detección de suscripción precisión. Así, un estudio publicado el 11 de julio en la revista Interfaces de materiales avanzados examinó cómo cebar aún más los diamantes para su uso en electrónica compleja. Se centra cerca de de superficies de “diamante cuántico”, en las que se eliminan átomos de carbono y un átomo vecino se reemplaza con ázoe, creando poco que los científicos llaman “centros de ázoe vacante”. La superficie de estos complejos diamantes debe guarecerse manteniendo intactos los centros de ázoe vacante, dijeron los científicos en el estudio.
“Los electrones de este material no se comportan según las leyes de la física clásica como lo hacen las partículas más pesadas”, Stacey Alastairdijo en el comunicado el principal de materiales y dispositivos cuánticos de PPPL. “En cambio, como todos los electrones, se comportan de acuerdo con las leyes de la física cuántica. Pero podemos emplear estas propiedades de la mecánica cuántica haciendo qubitsañadió. Los qubits están en computación cuántica a qué son los bits en la informática convencional y permiten procesar los cálculos en paralelo.
“La superioridad de los qubits es que pueden contener mucha más información que los bits normales”, dijo Stacey. “Esto significa que igualmente pueden proporcionarnos mucha más información sobre su entorno, lo que los hace extremadamente valiosos, por ejemplo, como sensores”.
Los científicos se propusieron crear una única capa de hidrógeno en la superficie del diamante cuántico, distribuida uniformemente, sin cambiar ausencia debajo de la superficie. En el estudio de julio, exploraron técnicas para asociar esa única capa a la superficie del diamante de una guisa más confiable, sin causar ningún daño.
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La capa de hidrógeno normalmente se añade exponiendo el diamante a plasma de hidrógeno a altas temperaturas, pero los centros de ázoe vacante no pueden soportar estas condiciones. En cambio, los científicos propusieron dos métodos alternativos: “formación de recocido con gas” y “terminación con plasma frío”. La primera técnica utiliza una mezcla de moléculas de hidrógeno y ázoe vaporoso, mientras que la segunda utiliza plasma de hidrógeno pero evita calentar directamente el diamante con el plasma.
Ambas técnicas crearon diamantes hidrogenados que podían conducir electricidad. Ningún de los métodos era consumado, pero entreambos eran mucho mejores que el método convencional para evitar daños a los centros de ázoe vacantes, dijeron los investigadores en el estudio. Agregaron que sus próximos pasos son explorar nuevos métodos para crear superficies de diamantes hidrogenados de suscripción calidad con centros ideales de ázoe vacante.
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