Nämä erittäin ohuet materiaalit (joita kutsutaan "ohueksi kalvoksi") koostuvat yttriumoksidin ja pienen määrän europiumin seoksesta, kahdesta "harvinaisesta maasta". Miksi ne ovat kiinnostavia? Ne voivat tallentaa kvanttietoa riittävän pitkään – noin mikrosekunnin – mikä on erittäin lupaavaa pienten ja tehokkaiden kvanttilaitteiden luomiseksi.
Mutta mistä tarkalleen ottaen puhutaan?
Kvanttiteknologiat pyrkivät hyödyntämään aineen hämmästyttäviä ominaisuuksia parantaakseen tapaa, jolla tietoa tallennetaan tai siirretään, paljon pidemmälle kuin perinteiset teknologiat sallivat. Yksi suurista haasteista on pitää nämä niin sanotut kvanttiedot riittävän vakaana, jotta niitä voidaan hyödyntää. Ja tähän tarkoitukseen tietyt materiaalit, erityisesti europiumia sisältävät, ovat erityisen kiinnostavia.
Ongelma on, että näitä materiaaleja on onnistuttava integroimaan erittäin pieniin laitteisiin, jotka ovat yhteensopivia nykyisten elektronisten komponenttien, erityisesti piistä valmistettujen (kuten tietokoneiden ja puhelimien sirut), kanssa. Tämän saavuttamiseksi tutkijoiden on luotava erittäin ohuita, mutta laadukkaita materiaalikerroksia.
Tässä vaiheessa Pariisin kemian tutkimuslaitoksen (CNRS/Chimie ParisTech/PSL-yliopisto) tiimin innovaatio tulee kuvaan. He ovat kehittäneet uuden valmistustekniikan yhdistämällä kaksi hienostunutta menetelmää: kemiallinen höyrysaanto (CVD) ja molekyylisuihkeepitaksia (MBE).
Tämän hybridimenetelmän avulla he ovat onnistuneet tallettamaan piille kerroksen yttriumoksidia, joka sisältää europiumioneja Eu3+, ja jolla on huomattavia fysikaalisia ja kvanttiominaisuuksia.
Yksi tekninen, mutta tärkeä yksityiskohta: tämän tuloksen saavuttamiseksi he ovat lisänneet piin ja aktiivisen materiaalin väliin ohuen gadoliniumoksidikerroksen (Gd2O3). Tämä "puskuri" parantaa kalvon laatua ja edistää parempaa kvanttiominaisuutta.
Erittäin matalissa lämpötiloissa suoritetut testit ovat vahvistaneet tämän rakenteen potentiaalin. Tutkijat ovat pystyneet mittaamaan, että europiumin kvanttitilat tässä materiaalissa kestävät mikrosekunnin, mikä on kymmenen kertaa parempi kuin aikaisemmat yritykset saman materiaalin kanssa, ja se on tällä hetkellä parasta, mitä alalla on saatavilla. Yksinkertaistaen: lähetämme valopulssin materiaaliin, se imeytyy ja sitten säteilee takaisin, ja mittaamme, kuinka kauan sen kestää palata. Tämä aika antaa hyvän käsityksen materiaalin "kvanttimuistista".
Tämä tulos avaa oven uuden sukupolven pienille integroiduille kvanttilaitteille. Ne voisivat toimia tiedon tallentamisessa tai siirtämisessä valon muodossa, vähän kuin bittejä, mutta kvantti-versiona: optisia kubitteja.
Ja tämä on vasta alkua: tutkijat toivovat voivansa soveltaa menetelmäänsä muihin harvinaisiin maihin, kuten erbiimiin, joiden ominaisuudet ovat vielä paremmin soveltuvia tietoliikenneteknologioihin.
Yhteenvetona, tämä on edistysaskel, joka tuo kvanttiteknologiat lähemmäksi käytännön ja teollisen käyttöä. Tutkimus löytyy lehdestä Nanophotonics.