Para ilmuwan semakin dekat untuk mengintegrasikan berlian ke dalam chip komputer berbasis silikon, setelah menurunkan suhu yang diperlukan untuk menumbuhkannya di laboratorium dan menggabungkan prosesnya dengan teknologi. mekanika kuantum.
Berlian sangat diinginkan untuk digunakan dalam elektronik. Hal ini karena struktur kisi kristalnya yang spesifik memungkinkannya menahan tegangan listrik yang tinggi, selain itu juga dapat menghilangkan panas dengan sangat baik karena tidak konduktif secara listrik. Namun untuk dapat dibuat di laboratorium, berlian juga memerlukan suhu yang sangat tinggi (jauh melebihi panas yang dapat ditahan oleh chip komputer saat diproduksi), sehingga berlian tidak dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam proses pembuatan chip. Sementara itu, mengurangi panas akan mengorbankan kualitas berlian.
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 13 September di jurnal Berlian dan bahan terkaitPara ilmuwan telah menemukan cara untuk mengurangi panas yang dibutuhkan untuk menumbuhkan berlian sehingga kini dapat dimasukkan ke dalam proses pembuatan silikon standar. Terobosan ini berarti bahwa chip komputer berbasis berlian yang lebih cepat dan hemat energi merupakan proposisi yang jauh lebih realistis.
“Jika kita ingin menerapkan berlian dalam manufaktur berbasis silikon, maka kita perlu menemukan metode pertumbuhan berlian dengan suhu lebih rendah,” kata penulis utama studi tersebut. Yuri Barsukovkata seorang peneliti komputasi di Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL), di a penyataan. “Ini bisa membuka pintu bagi industri mikroelektronika silikon.”
Berlian biasanya dibuat menggunakan proses yang disebut “deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma”, di mana lapisan tipis gas asetilena diendapkan dalam bentuk padat pada substrat.
Eksperimen sebelumnya menunjukkan bahwa asetilena tidak hanya berkontribusi pada pertumbuhan berlian, tetapi juga menyebabkan pertumbuhan jelaga, yang terbentuk di atas berlian dan menghambat kegunaannya dalam chip, sensor, dan optik, kata tim tersebut. Hingga saat ini, para ilmuwan belum memahami faktor penyebab asetilena berubah menjadi jelaga atau berlian.
“Sekarang kami punya jawabannya,” kata Barsukov dalam pernyataannya. “Seperti air dengan es, ada suhu kritis untuk transisi dari satu fase ke fase lainnya. Di atas suhu kritis ini, asetilena berkontribusi terutama terhadap pertumbuhan berlian. Di bawah suhu kritis ini, asetilena terutama berkontribusi terhadap pertumbuhan jelaga.”
Para ilmuwan menemukan bahwa “suhu kritis” bergantung pada konsentrasi asetilena dan keberadaan atom hidrogen di dekat permukaan berlian. Atom hidrogen tidak secara langsung mendorong pertumbuhan berlian, namun sangat penting dalam mendorong pertumbuhan berlian, bahkan pada suhu yang jauh lebih rendah.
Melindungi berlian kuantum
Tapi ini hanyalah sebagian dari persamaan. Cara atom-atom terikat bersama dalam berlian membuatnya sangat cocok untuk digunakan komputasi kuantumkomunikasi yang aman dan deteksi presisi tinggi. Demikian sebuah penelitian yang dipublikasikan pada 11 Juli di jurnal tersebut Antarmuka Material Tingkat Lanjut meneliti cara mengembangkan berlian lebih lanjut untuk digunakan dalam elektronik yang kompleks. Ini berpusat di sekitar permukaan “berlian kuantum”, di mana atom karbon dihilangkan dan atom di sekitarnya digantikan dengan nitrogen, menciptakan sesuatu yang oleh para ilmuwan disebut sebagai “pusat kekosongan nitrogen”. Permukaan berlian kompleks ini harus dilindungi dengan menjaga pusat kekosongan nitrogen tetap utuh, kata para ilmuwan dalam penelitian tersebut.
“Elektron dalam material ini tidak berperilaku sesuai hukum fisika klasik seperti halnya partikel yang lebih berat,” Stacey AlastairKepala Bahan dan Perangkat Kuantum PPPL mengatakan dalam pernyataannya. “Sebaliknya, seperti semua elektron, mereka berperilaku sesuai dengan hukum fisika kuantum. Namun kita dapat memanfaatkan sifat-sifat mekanika kuantum ini dengan melakukan qubitdia menambahkan. Qubitnya sudah masuk komputasi kuantum bit apa yang ada dalam komputasi konvensional dan memungkinkan penghitungan diproses secara paralel.
“Keuntungan qubit adalah mereka dapat menyimpan lebih banyak informasi dibandingkan bit biasa,” kata Stacey. “Ini berarti mereka juga dapat memberi kita lebih banyak informasi tentang lingkungan mereka, menjadikannya sangat berharga, misalnya sebagai sensor.”
Para ilmuwan mulai menciptakan satu lapisan hidrogen di permukaan berlian kuantum, yang didistribusikan secara merata, tanpa mengubah apa pun di bawah permukaan. Dalam studi bulan Juli, mereka mengeksplorasi teknik untuk menambahkan lapisan tunggal ke permukaan berlian dengan cara yang lebih andal, tanpa menyebabkan kerusakan apa pun.
Lapisan hidrogen biasanya ditambahkan dengan memaparkan berlian ke plasma hidrogen pada suhu tinggi, namun pusat kekosongan nitrogen tidak dapat menahan kondisi ini. Sebaliknya, para ilmuwan mengusulkan dua metode alternatif: “pembentukan anil gas” dan “penyelesaian plasma dingin”. Teknik pertama menggunakan campuran molekul gas hidrogen dan nitrogen, sedangkan teknik kedua menggunakan plasma hidrogen tetapi menghindari pemanasan langsung berlian dengan plasma.
Kedua teknik tersebut menciptakan berlian terhidrogenasi yang dapat menghantarkan listrik. Tidak ada metode yang sempurna, namun keduanya jauh lebih baik dibandingkan metode konvensional dalam menghindari kerusakan pada pusat nitrogen yang kosong, kata para peneliti dalam studi tersebut. Mereka menambahkan bahwa langkah selanjutnya adalah mengeksplorasi metode baru untuk menciptakan permukaan berlian terhidrogenasi berkualitas tinggi dengan pusat kekosongan nitrogen yang ideal.
