Marilyn Monroe a chanté que les diamants sont le meilleur ami d'une fille, mais ils sont également très populaires auprès des scientifiques quantiques - avec deux nouvelles percées de recherche sur le point d'accélérer le développement de la technologie quantique à base de diamant synthétique, améliorer l'évolutivité, et réduire considérablement les coûts de fabrication.

Alors que le silicium est traditionnellement utilisé pour le matériel informatique et de téléphonie mobile, le diamant a des propriétés uniques qui le rendent particulièrement utile comme base pour les technologies quantiques émergentes telles que les superordinateurs quantiques, des communications et des capteurs sécurisés.

Cependant, il y a deux problèmes principaux; Coût, et difficulté de fabrication de la couche de diamant monocristallin, qui est inférieur à un millionième de mètre.

Une équipe de recherche du Centre d'excellence ARC pour la méta-optique transformatrice de l'Université de technologie de Sydney (UTS), dirigé par le professeur Igor Aharonovich, vient de publier deux articles de recherche, dans Nanoéchelle et Technologies quantiques avancées , qui répondent à ces défis.

"Pour que le diamant soit utilisé dans des applications quantiques, nous devons concevoir avec précision les «défauts optiques» dans les dispositifs en diamant (cavités et guides d'ondes) pour contrôler, manipuler et lire des informations sous forme de qubits - la version quantique des bits informatiques classiques, " a déclaré le professeur Aharonovich.

"C'est comme couper des trous ou creuser des ravins dans une feuille de diamant super mince, pour assurer que la lumière voyage et rebondisse dans la direction souhaitée, " il a dit.

Pour surmonter le défi "gravure", les chercheurs ont développé une nouvelle méthode de masquage dur, qui utilise une fine couche de tungstène métallique pour modeler la nanostructure en diamant, permettant la création de cavités cristallines photoniques unidimensionnelles.

"L'utilisation du tungstène comme masque dur résout plusieurs inconvénients de la fabrication du diamant. Il agit comme une couche conductrice de retenue uniforme pour améliorer la viabilité de la lithographie par faisceau d'électrons à une résolution nanométrique, " a déclaré l'auteur principal de l'article dans Nanoscale, Doctorat UTS candidat Blake Regan.

Au meilleur de notre connaissance, nous offrons la première preuve de la croissance d'une structure de diamant monocristallin à partir d'un matériau polycristallin en utilisant une approche ascendante, comme la croissance de fleurs à partir de graines.

"Il permet également le transfert post-fabrication de dispositifs en diamant sur le substrat de choix dans des conditions ambiantes. Et le processus peut être encore plus automatisé, pour créer des composants modulaires pour les circuits photoniques quantiques à base de diamant, " il a dit.

La couche de tungstène mesure 30 nm de large - environ 10, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain, mais il a permis une gravure au diamant de plus de 300 nm, une sélectivité record pour le traitement du diamant.

Un autre avantage est que le retrait du masque de tungstène ne nécessite pas l'utilisation d'acide fluorhydrique - l'un des acides les plus dangereux actuellement utilisés - ce qui améliore également considérablement la sécurité et l'accessibilité du processus de nanofabrication du diamant.

Pour résoudre le problème du coût, et améliorer l'évolutivité, l'équipe a en outre développé une étape innovante pour faire croître des structures photoniques de diamant monocristallin avec des défauts quantiques intégrés à partir d'un substrat polycristallin.

"Notre procédé repose sur un gros diamant polycristallin à moindre coût, qui est disponible sous forme de grandes plaquettes, contrairement au diamant monocristallin de haute qualité utilisé traditionnellement, qui se limite à quelques mm2" a déclaré le doctorant UTS Milad Nonahal, auteur principal de l'étude en Technologies quantiques avancées .

"Au meilleur de nos connaissances, nous offrons la première preuve de la croissance d'une structure de diamant monocristallin à partir d'un matériau polycristallin en utilisant une approche ascendante, comme la croissance de fleurs à partir de graines, " il ajouta.

"Notre méthode élimine le besoin de matériaux diamantés coûteux et l'utilisation de l'implantation ionique, ce qui est essentiel pour accélérer la commercialisation du matériel quantique en diamant ", a déclaré le Dr Mehran Kianinia de l'UTS, un auteur principal sur la deuxième étude.

"Nanofabrication de Q élevé, résonateurs diamant transférables" est publié dans Nanoéchelle .

"Bottom-Up Synthesis of Single Crystal Diamond Pyramids Containing Germanium Vacancy Centers" est publié dans Technologies quantiques avancées .