Les scientifiques se sont rapprochés de l’intégration des diamants dans des puces informatiques à base de silicium, après avoir abaissé les températures nécessaires à leur croissance en laboratoire et fusionné le processus avec la mécanique quantique.
Les diamants sont hautement recherchés pour une utilisation en électronique. En effet, leur structure cristalline spécifique leur permet de résister à des tensions électriques élevées, tout en dissipant incroyablement bien la chaleur car ils ne sont pas conducteurs d’électricité. Mais pour être fabriqués en laboratoire, les diamants nécessitent également des températures extrêmement élevées – bien au-delà de la chaleur que les puces informatiques peuvent supporter lors de leur fabrication – et ne peuvent donc pas être facilement intégrés dans les processus de fabrication de puces. La réduction de la chaleur, quant à elle, sacrifie la qualité du diamant.
“Si nous voulons intégrer le diamant dans la fabrication à base de silicium, nous devons alors trouver une méthode de croissance du diamant à plus basse température”, a déclaré l’auteur principal de l’étude. Youri Barsukovun associé de recherche informatique au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL), a déclaré dans un déclaration. “Cela pourrait ouvrir une porte à l’industrie de la microélectronique sur silicium.”
Les diamants sont normalement fabriqués selon un processus appelé « dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma », dans lequel de minces films d’acétylène à l’état gazeux sont déposés à l’état solide sur un substrat.
“Maintenant, nous avons une réponse”, a déclaré Barsukov dans le communiqué. “Comme l’eau et la glace, il existe une température critique pour la transition d’une phase à une autre. Au-dessus de cette température critique, l’acétylène contribue principalement à la croissance des diamants. En dessous de cette température critique, il contribue principalement à la croissance de la suie.”
La “température critique” dépend de la concentration d’acétylène et de la présence d’hydrogène atomique à proximité de la surface du diamant, ont découvert les scientifiques. Les atomes d’hydrogène n’alimentent pas directement la croissance des diamants, mais ils sont essentiels à sa croissance, même à des températures beaucoup plus basses.
Protéger le diamant quantique
Mais cela ne constitue qu’une partie de l’équation. La façon dont les atomes se lient dans le diamant le rend bien adapté à l’informatique quantique, aux communications sécurisées et à la détection de haute précision. Ainsi une étude publiée le 11 juillet dans la revue Interfaces de matériaux avancés a examiné comment apprêter davantage les diamants pour les utiliser dans l’électronique complexe. Il se concentre autour de surfaces de « diamant quantique », dans lesquelles les atomes de carbone sont éliminés et un atome voisin est remplacé par de l’azote – créant ce que les scientifiques appellent des « centres de lacune d’azote ». La surface de ces diamants complexes doit être protégée tout en gardant intacts les centres de lacunes d’azote, ont indiqué les scientifiques dans l’étude.
“L’avantage des qubits est qu’ils peuvent contenir beaucoup plus d’informations que les bits ordinaires”, a déclaré Stacey. “Cela signifie qu’ils peuvent également nous fournir beaucoup plus d’informations sur leur environnement, ce qui les rend extrêmement précieux en tant que capteurs, par exemple.”
Les scientifiques visaient à créer une seule couche d’hydrogène à la surface du diamant quantique, uniformément répartie, sans rien changer sous la surface. Dans l’étude de juillet, ils ont exploré des techniques permettant d’ajouter cette couche unique à la surface du diamant de manière plus fiable, sans causer de dommages.
La couche d’hydrogène est normalement ajoutée en exposant le diamant à un plasma d’hydrogène sous une chaleur élevée – mais les centres de vacance d’azote ne peuvent pas gérer ces conditions. Au lieu de cela, les scientifiques ont proposé deux méthodes alternatives : le « recuit de gaz de formation » et la « terminaison par plasma froid ». La première technique utilise un mélange de molécules d’hydrogène et d’azote gazeux, tandis que la seconde utilise un plasma d’hydrogène mais évite de chauffer directement le diamant avec le plasma.
Les deux techniques ont créé un diamant hydrogéné capable de conduire l’électricité. Aucune des deux méthodes n’était parfaite, mais les deux étaient bien meilleures que la méthode conventionnelle pour éviter d’endommager les centres de lacunes d’azote, ont indiqué les chercheurs dans l’étude. Ils ont ajouté que leurs prochaines étapes consisteraient à explorer de nouvelles méthodes permettant de créer des surfaces de diamants hydrogénés de haute qualité avec des centres de lacunes d’azote idéaux.
#Les #puces #informatiques #ultrarapides #diamant #sont #désormais #beaucoup #proches #réalité #grâce #une #percée #quantique