ชิปคอมพิวเตอร์ฝังเพชรที่เร็วเป็นพิเศษตอนนี้เข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้นด้วย 'ความก้าวหน้าทางควอนตัม'

นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้การบูรณาการเพชรเข้ากับชิปคอมพิวเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนมากขึ้น หลังจากที่ลดอุณหภูมิที่จำเป็นในการปลูกเพชรในห้องแล็บและหลอมกระบวนการเข้ากับ-

เพชรเป็นที่ต้องการอย่างมากสำหรับใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นั่นเป็นเพราะว่าโครงสร้างตาข่ายคริสตัลเฉพาะช่วยให้ทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าสูง ในขณะที่ยังสามารถกระจายความร้อนได้ดีอย่างไม่น่าเชื่อเนื่องจากไม่นำไฟฟ้า แต่การผลิตในห้องปฏิบัติการ เพชรนั้นต้องใช้อุณหภูมิที่สูงมากเช่นกัน ซึ่งเกินกว่าความร้อนที่ชิปคอมพิวเตอร์จะทนทานได้ในขณะที่กำลังผลิต ดังนั้น เพชรจึงไม่สามารถรวมเข้ากับกระบวนการผลิตชิปได้อย่างง่ายดาย การลดความร้อนในขณะเดียวกันก็ทำให้คุณภาพเพชรลดลง

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 13 กันยายนในวารสารเพชรและวัสดุที่เกี่ยวข้องนักวิทยาศาสตร์พบวิธีลดความร้อนที่จำเป็นในการปลูกเพชรให้เพียงพอ เพื่อให้สามารถรวมเข้ากับกระบวนการผลิตซิลิกอนมาตรฐานได้ ความก้าวหน้าครั้งนี้หมายถึงชิปคอมพิวเตอร์ที่ใช้เพชรที่เร็วขึ้นและประหยัดพลังงานมากขึ้นเป็นเรื่องที่สมจริงยิ่งขึ้น

"หากเราต้องการใช้เพชรในการผลิตที่ใช้ซิลิคอน เราจำเป็นต้องค้นหาวิธีการเติบโตของเพชรที่อุณหภูมิต่ำ" ผู้เขียนนำการศึกษายูริ บาร์ซูคอฟผู้ร่วมวิจัยด้านการคำนวณที่ Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) กล่าวในคำแถลง- "นี่อาจเป็นการเปิดประตูให้กับอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ซิลิคอน"

ที่เกี่ยวข้อง:

โดยปกติแล้วเพชรมักถูกสร้างขึ้นในกระบวนการที่เรียกว่า "การสะสมไอสารเคมีที่เสริมด้วยพลาสมา" ซึ่งฟิล์มบางของอะเซทิลีนในสถานะก๊าซจะถูกสะสมในสถานะของแข็งบนพื้นผิว

การทดลองก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าอะเซทิลีนสามารถมีส่วนทำให้เพชรเติบโตได้ แต่ก็ยังทำให้เกิดเขม่าซึ่งก่อตัวบนเพชรและยับยั้งการใช้งานในชิป เซ็นเซอร์ และออปติก ทีมงานกล่าว ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ไม่เข้าใจปัจจัยที่ทำให้อะเซทิลีนกลายเป็นเขม่าหรือเพชร

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกส่งตรงถึงกล่องจดหมายของคุณ

“ตอนนี้เรามีคำตอบแล้ว” บาร์ซูคอฟ กล่าวในแถลงการณ์ "เช่นเดียวกับน้ำสู่น้ำแข็ง มีอุณหภูมิวิกฤตสำหรับการเปลี่ยนเฟสหนึ่งไปอีกเฟสหนึ่ง เมื่อสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตินี้ อะเซทิลีนมีส่วนทำให้เพชรเติบโตเป็นส่วนใหญ่ ส่วนอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตินี้ ก็มีส่วนทำให้เกิดเขม่าเติบโตเป็นส่วนใหญ่"

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบ "อุณหภูมิวิกฤต" ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอะเซทิลีนและการมีอยู่ของอะตอมไฮโดรเจนใกล้กับพื้นผิวเพชร อะตอมของไฮโดรเจนไม่ได้กระตุ้นการเติบโตของเพชรโดยตรง แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการส่งเสริมการเติบโตของเพชร แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามากก็ตาม

การปกป้องเพชรควอนตัม

แต่นี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสมการเท่านั้น วิธีที่อะตอมเกาะกันในเพชรทำให้เพชรเหมาะเป็นอย่างยิ่งการสื่อสารที่ปลอดภัย และการตรวจจับที่แม่นยำสูง ดังนั้นการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 11 กรกฎาคมในวารสารอินเทอร์เฟซวัสดุขั้นสูงศึกษาวิธีการต่อยอดเพชรไพร์มเพื่อใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่พื้นผิว "เพชรควอนตัม" ซึ่งอะตอมของคาร์บอนจะถูกเอาออกและอะตอมข้างเคียงจะถูกแทนที่ด้วยไนโตรเจน ทำให้เกิดสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "ศูนย์ไนโตรเจนว่าง" พื้นผิวของเพชรที่ซับซ้อนเหล่านี้จะต้องได้รับการปกป้องในขณะที่รักษาศูนย์ไนโตรเจนว่างไว้เหมือนเดิม นักวิทยาศาสตร์กล่าวในการศึกษานี้

"อิเล็กตรอนในวัสดุนี้ไม่ประพฤติตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิกเหมือนกับอนุภาคที่หนักกว่า"อลาสแตร์ สเตซีย์หัวหน้าฝ่ายวัสดุและอุปกรณ์ควอนตัมของ PPPL กล่าวในแถลงการณ์ "พวกมันประพฤติตามกฎของฟิสิกส์ควอนตัม เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนอื่นๆ แต่เราสามารถควบคุมคุณสมบัติเชิงกลของควอนตัมเหล่านี้ได้โดยการทำให้เขากล่าวเสริม ควิบิตเข้าแล้วกับบิตใดที่อยู่ในการคำนวณทั่วไปและอนุญาตให้ประมวลผลการคำนวณแบบขนาน

“ข้อดีของ qubit คือสามารถเก็บข้อมูลได้มากกว่าบิตทั่วไป” Stacey กล่าว ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมของมันได้อีกด้วย ทำให้พวกมันมีคุณค่าอย่างยิ่งในฐานะเซ็นเซอร์ เป็นต้น”

นักวิทยาศาสตร์มีเป้าหมายที่จะสร้างไฮโดรเจนเพียงชั้นเดียวบนพื้นผิวของเพชรควอนตัม โดยกระจายเท่าๆ กัน โดยไม่เปลี่ยนแปลงสิ่งใดใต้พื้นผิว ในการศึกษาเดือนกรกฎาคม พวกเขาสำรวจเทคนิคในการเพิ่มชั้นเดียวนั้นบนพื้นผิวของเพชรด้วยวิธีที่เชื่อถือได้มากขึ้น โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายใดๆ

โดยปกติแล้วชั้นไฮโดรเจนจะถูกเติมเข้าไปโดยให้เพชรสัมผัสกับไฮโดรเจนพลาสมาภายใต้ความร้อนสูง แต่ศูนย์ไนโตรเจนว่างไม่สามารถจัดการกับสภาวะเหล่านี้ได้ นักวิทยาศาสตร์เสนอวิธีการอื่นสองวิธี ได้แก่ "การหลอมแก๊ส" และ "การยุติพลาสมาเย็น" เทคนิคแรกใช้ส่วนผสมของโมเลกุลไฮโดรเจนและก๊าซไนโตรเจน ในขณะที่เทคนิคหลังใช้ไฮโดรเจนพลาสมา แต่หลีกเลี่ยงการให้ความร้อนแก่เพชรโดยตรงด้วยพลาสมา

ทั้งสองเทคนิคทำให้เกิดเพชรที่เติมไฮโดรเจนซึ่งสามารถนำไฟฟ้าได้ ไม่มีวิธีการใดที่สมบูรณ์แบบ แต่ทั้งสองวิธีก็ยังดีกว่าวิธีทั่วไปในการหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อศูนย์ไนโตรเจนว่าง นักวิจัยกล่าวในการศึกษา พวกเขาเสริมว่าขั้นตอนต่อไปคือการสำรวจวิธีการใหม่ในการสร้างพื้นผิวเพชรที่เติมไฮโดรเจนคุณภาพสูงด้วยศูนย์ไนโตรเจนว่างในอุดมคติ