'양자 혁신' 덕분에 이제 초고속 다이아몬드 장식 컴퓨터 칩이 현실에 훨씬 더 가까워졌습니다.

과학자들은 컴퓨팅용 특수 다이아몬드를 성장시키는 데 필요한 온도와 조건을 크게 줄여 더 빠르고 효율적인 컴퓨팅 칩을 더욱 현실적인 제안으로 만들었습니다.

과학자들은 실험실에서 다이아몬드를 성장시키는 데 필요한 온도를 낮추고 프로세스를 양자 역학과 융합한 후 다이아몬드를 실리콘 기반 컴퓨터 칩에 통합하는 데 한발 더 다가섰습니다.

다이아몬드는 전자제품에 사용하기에 매우 바람직합니다. 그 이유는 특정 결정 격자 구조로 인해 높은 전기 전압을 견딜 수 있는 동시에 전기 전도성이 아니기 때문에 열을 매우 잘 발산할 수 있기 때문입니다. 그러나 실험실에서 다이아몬드를 만들려면 컴퓨터 칩이 견딜 수 있는 열보다 훨씬 높은 온도가 필요하므로 칩 제조 공정에 쉽게 통합될 수 없습니다. 한편, 열을 줄이면 다이아몬드 품질이 저하됩니다.

다이아몬드와 관련된 수수께끼를 풀다

다이아몬드 및 관련 재료 저널에 9월 13일 발표된 연구에서 과학자들은 다이아몬드를 표준 실리콘 제조 공정에 통합할 수 있을 만큼 다이아몬드를 성장시키는 데 필요한 열을 줄이는 방법을 발견했습니다. 이 획기적인 발전은 더 빠르고 에너지 효율적인 다이아몬드 기반 컴퓨터 칩이 훨씬 더 현실적인 제안임을 의미합니다.

프린스턴 플라즈마 물리학 연구소(Princeton Plasma Physics Laboratory)의 전산 연구원이자 연구 주저자인 Yuri Barsukov는 "실리콘 기반 제조에 다이아몬드를 구현하려면 저온 다이아몬드 성장 방법을 찾아야 합니다."라고 말했습니다. (PPPL)은 성명에서 말했습니다. "이것은 실리콘 마이크로 전자 산업에 문을 열 수 있습니다."

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다이아몬드는 일반적으로 기체 상태의 아세틸렌 박막이 고체 상태로 기판에 증착되는 "플라즈마 강화 화학 기상 증착"이라는 공정으로 만들어집니다.

이전 실험에서는 아세틸렌이 다이아몬드 성장에 기여할 수 있지만 다이아몬드 위에 형성되어 칩, 센서 및 광학 분야에서의 유용성을 방해하는 그을음 성장을 유도할 수도 있다는 것이 밝혀졌습니다. 과학자들은 이전에 아세틸렌이 그을음이나 다이아몬드가 되는 요인을 이해하지 못했습니다.

Barsukov는 성명에서 "이제 답을 얻었습니다. "라고 말했습니다. "물이 얼음으로 변하는 것처럼 한 상이 다른 상으로 전환되는 데에는 임계 온도가 있습니다. 이 임계 온도 이상에서는 아세틸렌이 주로 다이아몬드 성장에 기여합니다. 이 임계 온도 이하에서는 주로 그을음 성장에 기여합니다."

과학자들은 "임계 온도"가 아세틸렌의 농도와 다이아몬드 표면 근처의 원자 수소의 존재에 따라 달라진다는 사실을 발견했습니다. 수소 원자는 다이아몬드 성장을 직접 촉진하지는 않지만 훨씬 낮은 온도에서도 다이아몬드 성장을 촉진하는 데 중요합니다.

양자 다이아몬드 보호

그러나 이것은 방정식의 한 부분만을 구성합니다. 다이아몬드에서 원자가 결합하는 방식은 양자 컴퓨팅, 보안 통신 및 매우 정확한 감지에 매우 적합합니다. 따라서 7월 11일 Advanced Materials Interfaces 저널에 발표된 연구에서는 복잡한 전자 장치에 사용하기 위해 다이아몬드를 추가로 프라이밍하는 방법을 조사했습니다. 이는 탄소 원자가 제거되고 이웃 원자가 질소로 대체되는 "양자 다이아몬드" 표면을 중심으로 하며 과학자들이 "질소 공극 센터"라고 부르는 것을 생성합니다. 이 복잡한 다이아몬드의 표면은 질소 공극 센터를 그대로 유지하면서 보호되어야 한다고 과학자들은 연구에서 말했습니다.

PPPL의 양자 재료 및 장치 책임자인 Alastair Stacey는 성명서에서 "이 물질의 전자는 더 무거운 입자처럼 고전 물리학의 법칙에 따라 행동하지 않습니다."라고 말했습니다. "대신 모든 전자와 마찬가지로 양자 물리학의 법칙에 따라 행동합니다. 그러나 우리는 큐비트를 만들어 이러한 양자 역학적 특성을 활용할 수 있다고 그는 덧붙였습니다. 큐비트는 양자 컴퓨팅 기존 컴퓨팅에 어떤 비트가 있는지 파악하고 계산을 병렬로 처리할 수 있습니다.

"큐비트의 장점은 일반 비트보다 훨씬 더 많은 정보를 저장할 수 있다는 것입니다."라고 Stacey는 말했습니다. "이것은 그들이 환경에 대해 훨씬 더 많은 정보를 제공할 수 있다는 것을 의미하며, 예를 들어 센서로서 매우 가치가 높습니다."

과학자들은 표면 아래에 아무것도 변화시키지 않고 균일하게 분포된 양자 다이아몬드 표면에 단일 수소 층을 만드는 것을 목표로 했습니다. 7월 연구에서 그들은 손상을 입히지 않고 보다 안정적인 방법으로 다이아몬드 표면에 단일 층을 추가하는 기술을 탐구했습니다.

수소층은 일반적으로 고열에서 다이아몬드를 수소 플라즈마에 노출시켜 추가되지만, 질소 공극 센터는 이러한 조건을 처리할 수 없습니다. 대신, 과학자들은 "가스 어닐링 형성"과 "저온 플라즈마 종료"라는 두 가지 대체 방법을 제안했습니다. 전자의 기술은 수소 분자와 질소 가스의 혼합물을 사용하는 반면, 후자는 수소 플라즈마를 사용하지만 플라즈마로 다이아몬드를 직접 가열하는 것을 피합니다.