Login

Struktur Nano Baru Bisa Menjadi Kunci Elektronik Kuantum

Sebuah komponen elektronik baru dari TU Wien (Wina) bisa menjadi kunci penting untuk era teknologi informasi kuantum: Menggunakan proses manufaktur yang disesuaikan, germanium murni terikat dengan aluminium dengan cara antarmuka atom yang tajam dibuat. Ini menghasilkan apa yang disebut heterostruktur logam-semikonduktor-logam monolitik.

Struktur ini menunjukkan efek unik yang terutama terlihat pada suhu rendah. Aluminium menjadi superkonduktor — tetapi tidak hanya itu, sifat ini juga ditransfer ke semikonduktor germanium yang berdekatan dan dapat dikontrol secara khusus dengan medan listrik. Ini membuatnya sangat cocok untuk aplikasi kompleks dalam teknologi kuantum, seperti memproses bit kuantum. Keuntungan khusus adalah bahwa dengan menggunakan pendekatan ini, tidak perlu mengembangkan teknologi fabrikasi yang benar-benar baru. Sebaliknya, teknik fabrikasi semikonduktor yang mapan dapat digunakan untuk mengaktifkan elektronik kuantum berbasis germanium. Hasilnya sekarang telah dipublikasikan di jurnal Advanced Materials.

Germanium: sulit untuk membentuk kontak berkualitas tinggi

“Germanium adalah bahan yang pasti akan memainkan peran penting dalam teknologi semikonduktor untuk pengembangan komponen yang lebih cepat dan lebih hemat energi,” kata Dr. Masiar Sistani dari Institute for Solid State Electronics di TU Wien. Namun, jika digunakan untuk memproduksi komponen dalam skala nanometer, masalah besar muncul: bahan tersebut membuat sangat sulit untuk menghasilkan kontak listrik berkualitas tinggi. Hal ini terkait dengan dampak tinggi dari kotoran terkecil sekalipun pada titik kontak yang secara signifikan mengubah sifat listrik. “Oleh karena itu, kami telah menetapkan tugas untuk mengembangkan metode manufaktur baru yang memungkinkan sifat kontak yang andal dan dapat direproduksi,” kata Masiar Sistani.

Difusi atom

Kuncinya adalah suhu: ketika germanium dan aluminium berstruktur nanometer dibawa ke dalam kontak dan dipanaskan, atom-atom dari kedua bahan mulai berdifusi ke bahan tetangga – tetapi pada tingkat yang sangat berbeda: atom germanium bergerak cepat ke dalam aluminium, sedangkan aluminium hampir tidak berdifusi ke dalam germanium sama sekali. “Jadi, jika Anda menghubungkan dua kontak aluminium ke kawat nano germanium tipis dan menaikkan suhu hingga 350 derajat Celcius, atom germanium berdifusi keluar dari tepi kawat nano. Ini menciptakan ruang kosong di mana aluminium dapat dengan mudah menembusnya,” jelas Masiar Sistani. “Pada akhirnya, hanya beberapa nanometer area di tengah kawat nano terdiri dari germanium, sisanya telah diisi oleh aluminium.”

Biasanya, aluminium terdiri dari butiran kristal kecil, tetapi metode fabrikasi baru ini membentuk kristal tunggal yang sempurna di mana atom aluminium disusun dalam pola yang seragam. Seperti yang dapat dilihat di bawah mikroskop elektron transmisi, transisi yang sangat bersih dan tajam secara atomik terbentuk antara germanium dan aluminium, tanpa daerah yang tidak teratur di antaranya. Berbeda dengan metode konvensional di mana kontak listrik diterapkan pada semikonduktor, misalnya dengan menguapkan logam, tidak ada oksida yang dapat terbentuk pada lapisan batas.

Transportasi kuantum di Grenoble

Untuk melihat lebih dekat pada sifat heterostruktur logam-semikonduktor monolitik germanium dan aluminium pada suhu rendah, Masiar berkolaborasi dengan Dr. Olivier Buisson dan Dr. Cécile Naud dari grup sirkuit elektronik kuantum di Néel Institute — CNRS- UGA di Grenoble. Ternyata struktur baru memang memiliki sifat yang cukup luar biasa: “Kami tidak hanya dapat menunjukkan superkonduktivitas dalam germanium murni yang tidak didoping untuk pertama kalinya, kami juga dapat menunjukkan bahwa struktur ini dapat dialihkan di antara keadaan operasi yang sangat berbeda menggunakan medan listrik. Perangkat titik kuantum germanium seperti itu tidak hanya dapat menjadi superkonduktor tetapi juga mengisolasi sepenuhnya, atau dapat berperilaku seperti transistor Josephson, elemen dasar penting dari rangkaian elektronika kuantum, ” jelas Masiar Sistani.

Heterostruktur baru ini menggabungkan berbagai keunggulan: Struktur memiliki sifat fisik yang sangat baik yang dibutuhkan untuk teknologi kuantum, seperti mobilitas pembawa yang tinggi dan kemampuan manipulasi yang sangat baik dengan medan listrik, dan memiliki keuntungan tambahan untuk menyesuaikan dengan baik dengan teknologi mikroelektronika yang sudah mapan: Germanium adalah sudah digunakan dalam arsitektur chip saat ini dan suhu yang diperlukan untuk pembentukan heterostruktur kompatibel dengan skema pemrosesan semikonduktor yang sudah mapan. Struktur baru tidak hanya memiliki sifat kuantum yang menarik secara teoritis, tetapi juga membuka kemungkinan yang sangat realistis secara teknologi untuk memungkinkan perangkat baru dan hemat energi lebih lanjut.

(Materials provided by Vienna University of Technology)

***
Solo, Rabu, 13 Oktober 2021. 12:57 pm
‘salam hangat penuh cinta’
Suko Waspodo
suka idea
antologi puisi suko

ilustr: Shutterstock

 

Buku Tentang Cara Memelihara Ikan Koi

Leave a Reply

Your email address will not be published.