Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ hai, 01/03/2021 | 04:27

Thứ hai, 01/03/2021 | 04:27

Tin KHCN

Cập nhật lúc 09:13 ngày 23/02/2021

Phân lập các nguyên tử nhân tạo đơn lẻ trong silicon

Silicon đã được chứng minh là một vật liệu có giá trị cao và đáng tin cậy để chế tạo nhiều loại công nghệ, bao gồm cả các thiết bị lượng tử. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu những lợi thế tiềm năng của việc sử dụng các nguyên tử nhân tạo riêng lẻ để nâng cao hiệu suất của các mạch lượng tử tích hợp dựa trên silicon. Tuy nhiên, cho đến nay, các qubit đơn có giao diện quang học đã tỏ ra khó phân lập trong silicon.

Thiết lập thí nghiệm được các nhà nghiên cứu sử dụng để phát hiện các nguyên tử nhân tạo huỳnh quang đơn trong silicon. Một tia laser màu xanh lá cây được sử dụng để kích thích mẫu silicon trên chất cách điện nằm bên trong buồng chân không của thiết bị đông lạnh. Ảnh: A. Dréau / A. Durand / P. Valvin (Laboratoire Charles Coulomb, CNRS & Đại học Montpellier, Pháp).
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Montpellier và CNRS, Đại học Leipzig và các trường đại học khác ở châu Âu gần đây đã lần đầu tiên phân lập thành công các nguyên tử nhân tạo đơn lẻ, hoạt động quang học trong silicon. Bài báo của họ, được xuất bản trên tạp chí Nature Electronics, có thể mang ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của các thiết bị quang học lượng tử dựa trên silicon mới.
 
Anaïs Dr.éau, một trong những nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi ra đời từ ý tưởng mong muốn tách các nguyên tử nhân tạo riêng lẻ bằng giao diện quang học viễn thông trong vật liệu phù hợp cho các quy trình công nghiệp quy mô lớn. Chúng tôi đã quen với việc nghiên cứu các hệ thống lượng tử này, nhưng trong các chất bán dẫn băng tần rộng, chẳng hạn như nitrua kim cương hoặc boron lục giác. Mặc dù silicon là vật liệu phổ biến nhất trong ngành vi điện tử, cho đến nay vẫn chưa có báo cáo về bộ phát ánh sáng trong bán dẫn băng tần nhỏ này."
 
Công trình gần đây của Dr.éau và các đồng nghiệp của bà chứng minh rằng việc cô lập các nguyên tử nhân tạo huỳnh quang đơn lẻ trong silicon là thực sự khả thi. Các photon riêng lẻ do thiết bị thu được phát ra hoạt động ở các bước sóng viễn thông, đặc biệt thuận lợi để lan truyền khoảng cách xa trong sợi quang.
 
Dr.éau cho biết: “Chúng tôi bắt đầu từ một tấm silicon cách điện, trong đó tạo ra một nồng độ khuyết huỳnh quang thấp bằng cách cấy ghép các nguyên tử carbon. Sau đó, chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm mới về kính hiển vi đồng tiêu hoạt động ở nhiệt độ thấp (10K, -263°C) với độ phân giải không gian cao và độ nhạy cao trong phạm vi cận hồng ngoại để cho phép phát hiện tín hiệu quang học yếu do khuyết khuyết điểm hoạt động quang học riêng lẻ."
 
Trong tương lai, chiến lược cô lập các nguyên tử nhân tạo đơn lẻ trong silicon do Dr.éau và các đồng nghiệp của bà đưa ra có thể hỗ trợ sự phát triển của nhiều loại công nghệ mới. Ví dụ, nó có thể tạo điều kiện phát triển các công cụ quang tử lượng tử tích hợp, trong đó các khiếm khuyết hoạt động quang học được nhúng trực tiếp vào chip lượng tử silicon có thể tạo ra các bit lượng tử quang tử và từ đó xử lý thông tin lượng tử.
 
"Chúng tôi hiện có kế hoạch kết hợp các khiếm khuyết huỳnh quang riêng lẻ mà chúng tôi đã phân lập được trong các cấu trúc nano dựa trên silicon như ống dẫn sóng và kiểm soát sự phát xạ đơn photon để cho phép thực hiện các thuật toán quang tử lượng tử", Dr.éau nói. "Chúng tôi cũng muốn giải quyết vấn đề kiểm soát spin điện tử gắn với các nguyên tử nhân tạo này, vì nó có thể được sử dụng để triển khai bộ nhớ lượng tử. Về lâu dài, mục tiêu của chúng tôi là phát triển một giao diện spin-photon lượng tử hoạt động tại ngành viễn thông bước sóng cho các ứng dụng trong mạng truyền thông lượng tử."
Link: https://techxplore.com/news/2021-01-isolate-artificial-atoms-silicon.html
Trần Hà (Theo Tech Xplore)
lên đầu trang