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香港大学实现精准打印纳米钻石

作者:王蕙蓉    发布时间:2022年05月07日    浏览量:72   字体大小:  A+   A- 

        近日,香港大学团队在量子器件制造取得突破,开发出一种纳米级精度的打印方法,以量子水平打印出金刚石纳米颗粒中的氮-空位色心。
 
        对物理学家而言,钻石作为宝石,其中的瑕疵更具吸引力。氮-空位色心(NV色心)是一种在金刚石(钻石的原石)晶体结构中最常见的点缺陷,是当前最具代表性的量子体系。NV色心是原子级别的固态设备,作为重要的量子材料,它拥有光学可调的自旋自由度,在固态量子处理器中具有量子比特和量子探测器等核心功能。
 
        现今的量子体系,例如超导量子干涉仪,只能在极低温(−150°C至绝对零度−273°C)环境下进行操作。由于NV色心在室温下也具有强力的量子态,这对于实现室温量子器件尤其重要。
 
        要实现相关应用,对量子技术的一个核心要求是要在集成电路上精准地放置单个NV色心。 这一技术突破将带动量子计算机、量子通讯和量子生物感知等重要新兴领域的发展。
 
        但目前技术阻碍主要包括定位精度粗糙、通量低和工艺复杂等问题。现有的几种方案将具有NV色心的纳米金刚石颗粒,定位在各种基板和电路上,当中包括复杂的“拾取和放置”纳米操作方法,效果并不理想。
 
        此次,香港大学工程学院机械工程系博士Ji Tae Kim和电机电子工程系博士褚智勤领导的研究团队,开发了一种纳米级精度的打印方法,以量子水平打印出金刚石纳米颗粒中的NV色心。相关成果发表在《先进科学》(Advanced Science),该技术被选为期刊底面的当期精选故事,并已申请美国专利发明。
 
        以往钻石作为最坚硬的材料,因此很难加工。此次研究的新方法足以应对这一难题,团队通过对含有纳米金刚石的亚公升液滴(<10的负18次方升)进行电控的分发,直接将NV色心放置在通用的基底上。
 
        “当前十分需要一种通用并且灵活的、用于实现纳米级精度并兼具优良可扩展性、可控成本以及与广泛的纳米光子电路可兼容的金刚石颗粒定位方法。”褚智勤表示,“我们研发的新技术,能体现出亚波长的定位精度、单缺陷级的数量控制水平和自由图案化的能力,满足相关的技术要求。这种新颖的方法将为制造量子信息处理器、量子计算器和生物传感器等量子器件,开拓出一条实用且具经济效益的出路。”

 

来源:澎湃新闻