Süperendüktör, yük algılamayı silisyum çipe sığdırıyor
Hakemli bir laboratuvar deneyinde, ticari çip üretiminde zaten bulunan titanyum nitrür katmanından yararlanılarak silisyum devrenin içinde süperiletken bir eleman üretildi. Tek elektron algılayıcısıyla birleştirilen küçük bileşen, çok düşük sıcaklıkta elektrik yükündeki değişimleri algıladı. Sonuç, kuantum ölçüm devrelerinin kapladığı alanı küçültmeye yönelik bir adım. Kuantum algılama, araştırmacıların önerdiği kullanım alanları arasında yer alıyor.
Bilim··Öğle
Çipin içinde süperiletken eleman
4 Kasım’da yayımlanan hakemli laboratuvar deneyinde, silisyum tümleşik devrenin içinde küçük bir süperendüktör üretildi. Bu devre elemanı elektrik akımındaki değişime güçlü biçimde karşı koyuyor. Araştırmacılar, ticari çip üretim sürecinde zaten kullanılan titanyum nitrürden yararlandı. Malzemenin süperiletken durumunda yük taşıyıcılarının hareketinden kaynaklanan kinetik endüktans, büyük bir ayrı bobin gerektirmeden küçük alanda yüksek endüktans elde edilmesini sağlıyor.[1], [2]
Üretim yolu, çip üreticisi GlobalFoundries’in 22 nanometrelik sürecinde zaten bulunan katmanı kullanıyor. Geleneksel sarmal bobinler çip üzerinde çok daha geniş yer kaplıyor. İnce süperiletken film ise yük taşıyıcılarının hareketinden yararlanarak yüksek endüktans sağlıyor. Süperendüktörler, yüksek empedanslı ve küçük endüktif enerji ölçeklerine sahip kuantum devreleri kurulmasına da olanak veriyor. Böylece süperiletken eleman ile silisyum elektroniği aynı tümleşik devrede yer alabiliyor.[1], [2]
Yansıyan sinyal yük değişimini gösteriyor
Yaklaşık 18 mikrometrekare kaplayan eleman, elektronları küçük bir bölgede tutan kuantum noktasını içeren tek elektron transistörüyle birleştirildi. Yük değiştiğinde, rezonans devresinden yansıyan radyo frekanslı sinyal de değişti. Çip yaklaşık 350 milikelvin sıcaklıkta çalıştırıldı. Böylece deneyde, çok düşük sıcaklık koşullarında elektrik yükü ölçüldü. Devrenin tepkisini değerlendirmek için rezonans frekansı ile yansıyan sinyalin genliği birlikte izlendi.[1]
Film, kare başına yaklaşık 1 nanohenri kinetik endüktans sağladı. Karakteristik empedans 11,5 kiloohma ulaşarak süperendüktör tanımında kullanılan 6,45 kiloohmluk eşiği aştı. Empedans, devrenin değişken elektrik sinyaline karşı gösterdiği toplam karşı koymayı ifade ediyor. Yansıyan sinyalde ölçülen değişim, kuantum noktasının elektriksel durumuna bağlı. Bu ilişki, algılayıcının verdiği sinyali arka plan gürültüsüyle karşılaştırmaya ve yük hassasiyetini değerlendirmeye olanak sağladı.[1]
Hassasiyetin güç sınırı var
Düzeneğin doğrudan ölçüm yaptığı en kısa bütünleştirme süresi 4 nanosaniyeydi. Yaklaşık 1 pikosaniyelik en düşük süre ise sinyal ile gürültü arasındaki ilişkinin uzatılmasıyla hesaplandı. Sürüş gücü arttıkça doğrusal olmayan davranış hassasiyeti iyileştirdi; daha yüksek güç süperiletkenliği ortadan kaldırdı. Araştırmacılar, kuantum algılama ve düşük sıcaklık elektroniğini olası uygulamalar arasında sayıyor. Kuantum bitinin spinini okumak için çok kapılı transistörlerle ek bütünleştirme gerekiyor.[1]
Araştırma ekibi, radyo gökbilimini ve kuantum benzetimlerini de bu elemanların olası kullanım alanları arasında sayıyor. Birden çok rezonatörün oluşturduğu diziler, devre tasarımının önerilen uzantıları arasında bulunuyor.[1], [2]
