未来量子计算机的材料可能是弹性金刚石?

由香港城市大学领导的研究小组成功地发现了钻石可用于微电子,光电子和量子信息设备的证据:直径仅为人发直径的百分之一的钻石可达到9.7%的最大均匀拉伸应变在室温下 。钻石(钻石)可能很快就会有新的含义。尽管珠宝商被钻石的闪亮外观所吸引,但工程师们仍在寻找其他特征:高电导率和热导率。通过在实验室中制备可拉伸的金刚石,研究人员希望增强金刚石的特殊性能,以制备下一代电子组件,例如未来的量子计算机芯片。这一突破性的新研究于1月1日发表在《科学》杂志上。替代材料长期以来,工程师一直希望找到一种优于硅的材料,以制造更小,运行速度更快,效率更高的芯片。在这个问题上,钻石材料是“珠穆朗玛峰”。工程师:理论上非常漂亮,但是很难实现。工程师面前的障碍是如何克服材料晶体结构的局限性,其次是改善材料的“品质因数”。材料的特性指数,它是描述该材料是否适合于制造电子元件的性能指标。该研究的合著者,麻省理工学院(MIT)材料科学与工程学院的李菊教授说,材料的电子带隙是半导体的重要特征。 “带隙是判断材料的物理性能如何随弹性应变变化的重要指标。”宽带隙材料可用于制备大功率或高频设备。李炬团队希望探讨的问题是,是否可以在不损坏金刚石材料的情况下将大的晶格应变(晶格应变)施加到金刚石材料上。但是,由于块状金刚石的极高硬度和脆性,研究人员长期以来一直认为这种方法不可行。在这项新研究中,研究小组首先对微型单晶钻石进行了微加工,以制备微型单晶钻石桥样品。该团队在电子显微镜下对这些微型单晶钻石进行了拉伸应变测试,以观察钻石在不同应力下的晶体结构如何变化。研究团队对整个样品实现了7.5%的均匀弹性拉伸应变,并且在卸载后恢复了其原始形状。实验中观察到的最大拉伸应变为9.7%。研究小组说,这非常接近金刚石材料可以达到的理想弹性极限。研究小组发现,当拉伸应变增加时,金刚石带隙减小。另外,当沿另一特定晶体方向的应变超过9%时,带隙将从“间接带隙”改变为0。到“直接带隙”。在直接带隙中,电子可以直接跃迁并释放光子,而不会引起动量变化。具有这种特性的材料具有被应用于光电器件甚至量子器件的潜力。未来前景尽管将这种弹性金刚石材料用于电子部件似乎还很遥远,但研究小组认为,他们的研究结果可能会将金刚石部件推向市场。 “金刚石是制备高频,高功率电子设备的理想候选材料,并且在新的光电技术和量子信息技术中具有无限的应用潜力。”李菊说。将来,量子计算机可能会使用钻石制成的芯片。此类材料创新将提高计算机的导热性,并且还可能使量子计算机在绝对零以上的温度下运行。该研究的合著者,香港城市大学机械工程系副教授杨露博士说:“我相信新一代的钻石即将到来。”原标题:未来的量子计算机可能由弹性钻石制成?文章来源:[微信公众号:中国科学院半导体研究所]欢迎关注!请指出转载文章的来源。