"فضای آزاد" علامتی است که می خواهید هنگام جستجوی اتاق هتل در سفر ببینید. وقتی صحبت از مواد کوانتومی به میان می آید، جای خالی نیز چیزی است که می خواهید ببینید. دانشمندان آنها را با حذف اتم های موجود در مواد کریستالی ایجاد می کنند. چنین فضاهای آزاد می توانند به عنوان بیت کوانتومی یا کیوبیت، واحد اساسی فناوری کوانتومی عمل کنند.
محققان آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و دانشگاه شیکاگو به پیشرفتی دست یافته‌اند که می‌تواند راه را برای کنترل قابل‌توجهی بهبود یافته بر روی تشکیل جاهای خالی در کاربید سیلیکون، یک نیمه‌رسانا، هموار کند.
نیمه هادی ها موادی هستند که در پشت مغز تلفن های همراه، رایانه ها، تجهیزات پزشکی و غیره قرار دارند. برای این کاربردها، وجود عیوب در مقیاس اتمی به شکل فضاهای آزاد نامطلوب است، زیرا ممکن است با بهره وری تداخل داشته باشد. با این حال، طبق مطالعات اخیر، برخی از انواع فضاهای آزاد در کاربید سیلیکون و سایر نیمه هادی ها، نویدبخش تحقق کیوبیت ها در دستگاه های کوانتومی است. برنامه‌های کیوبیت ممکن است شامل شبکه‌های ارتباطی بدون هک و حسگرهای فوق حساس باشد که قادر به تشخیص مولکول‌ها یا سلول‌ها هستند. در آینده، انواع جدیدی از رایانه ها امکان پذیر است که قادر به حل مسائل پیچیده خارج از دسترس رایانه های کلاسیک هستند.
جولیا گالی، دانشمند ارشد دپارتمان علوم مواد آرگون و استاد مهندسی مولکولی و شیمی در دانشگاه شیکاگو، می گوید: «دانشمندان از قبل می دانند که چگونه می توانند جای خالی بدون کیوبیت در نیمه هادی هایی مانند کاربید سیلیکون و الماس ایجاد کنند. اما برای کاربردهای جدید کوانتومی، آنها هنوز باید چیزهای بیشتری در مورد چگونگی سفارشی کردن این جاهای خالی با ویژگی‌هایی که می‌خواهند بدانند.
در نیمه هادی های کاربید سیلیکون، زمانی که اتم های سیلیکون و کربن منفرد از شبکه کریستالی جدا می شوند، فضاهای آزاد منفرد ظاهر می شوند. نکته مهم، موقعیت بدون کربن را می توان با موقعیت بدون سیلیکون مجاور ترکیب کرد. این فضای آزاد جفتی که وحشی نامیده می شود، یک کاندید کلیدی به عنوان کیوبیت در کاربید سیلیکون است. مشکل اینجاست که سودآوری تبدیل واحدهای خالی به جای خالی کم است، چند درصد. دانشمندان در حال رقابت برای یافتن راهی برای افزایش این بازده هستند.
الیزابت لی، دانشجوی دکترا در دانشکده مهندسی مولکولی شیکاگو در پریتزکر می گوید: «برای ایجاد نقص واقعی در یک نمونه، پرتوی از الکترون های پرسرعت را به سمت آن شلیک می کنید، و این باعث مرگ اتم های منفرد می شود. اما این بمباران الکترونیکی نقص های ناخواسته ای نیز ایجاد می کند.
دانشمندان می توانند با پردازش نمونه در دماهای بسیار بالا، بالای 1300 درجه فارنهایت، و سرد کردن مجدد آن تا دمای اتاق، این نقایص را برطرف کنند. ترفند این است که فرآیندی را ایجاد کنید که نقایص مورد نظر را حفظ کرده و موارد ناخواسته را درمان کند.
لی گفت: «با انجام شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای در مقیاس اتمی با رایانه‌های با کارایی بالا، می‌توانیم نقص‌هایی را مشاهده کنیم که در طول زمان در دماهای مختلف در نمونه شکل می‌گیرند، حرکت می‌کنند، ناپدید می‌شوند و می‌چرخند. این چیزی است که در حال حاضر نمی‌توان آن را به صورت تجربی انجام داد.»
[embed]https://www.youtube.com/watch?v=KZIyG9II514[/embed]
با کمک ترکیبی از ابزارهای پیچیده محاسباتی، شبیه‌سازی‌های این تیم جفت شدن جاهای خالی فردی در وحشیگری را دنبال می‌کنند. تلاش‌های آنها مجموعه‌ای از اکتشافات بزرگ را درو کرده است که باید راه را برای دستگاه‌های کوانتومی جدید هموار کند. یکی این است که هر چه جای خالی سیلیکون در مقایسه با جای خالی کربن در ابتدای عملیات حرارتی بیشتر باشد، پس از آن نیز جای خالی بیشتری وجود دارد. دیگری تعیین بهترین دماها برای ایجاد خلأهای پایدار و تغییر جهت آنها در ساختار کریستالی بدون از بین بردن آنها است.
دانشمندان ممکن است بتوانند از آخرین کشف برای همسو کردن جهت گیری همه وحشی ها در یک جهت استفاده کنند. این امر برای کاربردهای حسگرهایی که می توانند با وضوح چند برابر سنسورهای امروزی کار کنند، بسیار مطلوب است.
لی افزود: "یک کشف کاملا غیرمنتظره و هیجان انگیز این بود که وحشی ها می توانند به نوع جدیدی از نقص تبدیل شوند." این نقص‌های تازه کشف‌شده شامل دو فضای بدون کربن است که با چیزی که دانشمندان آن را ضد سایت می‌نامند، ترکیب شده‌اند. اینجا جایی است که یک اتم کربن فضای خالی را که با حذف یک اتم سیلیکون باز می ماند، پر می کند.
اول از همه، شبیه‌سازی‌های این تیم با توسعه الگوریتم‌های شبیه‌سازی جدید و پیوند کدهای کامپیوتری توسعه‌یافته توسط مرکز یکپارچه مواد محاسباتی در غرب میانه (MICCoM)، مستقر در آرگون و اجرا شده توسط گالی، توسط DOE امکان‌پذیر شد. Juan de Pablo، دانشمند ارشد در دپارتمان علوم مواد و استاد مهندسی مولکولی در شیکاگو، الگوریتم‌های جدیدی را توسعه داده است که مبتنی بر مفاهیم یادگیری ماشینی است که نوعی هوش مصنوعی است.
دی پابلو گفت: "تشکیل و حرکت حفره ها یا نقص ها در نیمه هادی ها چیزی است که ما آن را رویدادهای نادر می نامیم." چنین رویدادهایی در مقیاس زمانی بسیار طولانی رخ می‌دهند که در شبیه‌سازی‌های مولکولی مرسوم، حتی در سریع‌ترین کامپیوتر روی کره زمین قابل مطالعه نیست. بسیار مهم است که راه‌های جدیدی را برای تشویق این رویدادها بدون تغییر فیزیک اولیه ایجاد کنیم. این کاری است که الگوریتم های ما انجام می دهند. آنها غیرممکن را ممکن می کنند.»
لی کدهای مختلف را به هم متصل می کند و بر اساس کار دانشمندان MICoM گالی و دی پابلو است. در طول سال‌ها، چندین دانشمند دیگر نیز در پیوند کدها مشارکت داشته‌اند، از جمله فرانسوا جیجی از دانشگاه کالیفرنیا، دیویس و جاناتان ویتمر از دانشگاه نوتردام. نتیجه یک مجموعه جدید مهم و قدرتمند از ابزارها است که نظریه کوانتومی و شبیه‌سازی‌ها را برای مطالعه شکل‌گیری شغل و رفتار ترکیب می‌کند. این نه تنها برای کاربید سیلیکون، بلکه برای سایر مواد کوانتومی امیدوارکننده نیز قابل اجرا خواهد بود.
گالی گفت: «ما تازه شروع کرده ایم. ما می‌خواهیم بتوانیم محاسبات خود را بسیار سریع‌تر انجام دهیم، عیوب بیشتری را شبیه‌سازی کنیم و بهترین نقص‌ها را برای کاربردهای مختلف تعیین کنیم.»
نقل قول: چگونه جاهای خالی کاربید سیلیکون را به اطلاعات کوانتومی تبدیل کنیم (2021، 15 دسامبر)، بازیابی شده در 16 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-silicon-carbide-vacancies-quantum .html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- اقدامات لازم هنگام تماس چشم با مواد شیمیایی
- Kanye West ظاهر خواهد شد در اوکلاهما انتخابات ریاست جمهوری رای گیری فایل ها برای اولین بار فدرال نامزد مدارک
- اپل سهام به طور کامل بازیابی از coronavirus کاهش بازده به بالاترین رکورد
- ‘Wrong!’ Trump and Fauci clash over surge in COVID-19 cases, reopening of economy — and hydroxychloroquine
- تکنولوژیهای جدید در صنعت آهن
- Finding betting edges in these two NBA openers
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- Deep Dive: It’s time for income-seeking investors to take a fresh look at these 28 utility stocks
- بررسی چرا Gary Sanchez چنین پلاریزه یانکی
- دمپرها در کجا قرار دارند؟