0 |
Используя относительно несложную методику исследователи из NIST смогли получить кремний, более чем на 99,9999% состоящий из изотопа Si-28. Доля другого изотопа, Si-29 составляла у нем менее одной миллионной.
Изотопно чистый кремний востребован многими схемами квантовых вычислений, например в качестве материала для внедрения кубитов. Достигнув в прошлом году степени обогащения «пять девяток» (99,9998%), а в этом — «шесть девяток», NIST превзошли собственные планы улучшения чистоты обогащения кремния.
В настоящее время отсутствуют надежные коммерческие источники даже для кремния с чистотой 99,99% Si-28 (минимальная степень обогащения, приемлемая для многих процессов квантовых вычислений). Обычно кремний содержит около 92% Si-28 и примерно 4,7% других изотопов, включая Si-29.
Именно присутствие последнего с непарными состояниями ядерных спинов наиболее проблемно для квантовых компьютеров, поскольку приводит к разрушению квантовой информации (к декогерентности кубитов). В последние годы было показано, что десятикратное снижение концентрации Si-29 ведет к такому же увеличению периода когерентности.
Для удаления проблемного изотопа исследователи применили аналог техники масс-спектрометрии. Атомы кремния из газа силана (SiH4) ионизировали и выделяли под действием высокой разности потенциалов, а затем «выстреливали» ими сквозь магнитное поле. Радиус искривления траекторий ионов кремния зависел от их массы, таким образом каждый изотоп образовывал отдельный пучок. Для сбора Si-28 на пути соответствующего пучка устанавливали пластину необогащенного кремния площадью в один квадратный сантиметр.
Вся процедура занимает несколько микросекунд, чем выгодно контрастирует с альтернативными методами получения сверхчистого кремния. Так, международный проект Авогадро в этих целях задействует несколько установок, находящихся в разных странах.
Добиться улучшения изотопной частоты (лучший результат измерений 99,99996%) авторам метода удалось снизив давление в вакуумной камере и увеличив длину траекторий, проходимых частицами в магнитном поле, с 10 см до одного метра.
Кроме того, они впервые смогли вырастить пленку обогащенного кремния, строение которой повторяет кристаллическую структуру необогащенной подложки. Для этого последнюю нагревали до 1250 °C. Получавшийся ранее аморфный кремний содержал много свободных связей, атомов кислорода и прочих примесей, ухудшавших электрические свойства, важные как для классической, так и для квантовой информатики.
Среди дальнейших своих планов исследовательский коллектив называет мультикомпонентное обогащение SiGe, другого популярного материала, испытывающего аналогичные проблемы.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
0 |