Физики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США) продемонстрировали методику быстрого создания NV-центров — точечных дефектов алмаза, которые можно использовать для хранения квантовой информации.

Многие специалисты считают, что NV-центры, возникающие в результате удаления атома углерода из узла решётки и образования связи между вакансией и азотом, будут использоваться при конструировании квантовых компьютеров, представляющих информацию с помощью спина. Точечные дефекты такого рода довольно легко адресуются и управляются, дают возможность работать при комнатной температуре и сохраняют квантовое состояние на длительное (миллисекундного диапазона) время.

Авторам, по их словам, удалось решить одну из основных технологических проблем — найти доступный способ получения крупных массивов NV-центров. В своих экспериментах они использовали высококачественные алмазные подложки, покрытые слоем диоксида кремния толщиной 10 нм, поверх которого наносился слой резиста толщиной около 300 нм. Методом электронно-лучевой литографии учёные выполняли отверстия в резисте минимальным диаметром до 30 нм, после чего направляли на образцы ионы 15N+. На завершающем этапе слои резиста и диоксида кремния удалялись, а образцы выдерживались в атмосфере аргона при 850 ˚C и в атмосфере кислорода при 420 ˚C, что и приводило к созданию искомых NV-центров.

Изображения отверстий разного диаметра, проделанных в резисте, и фотолюминесценция массива созданных NV-центров. Кружками выделены два отдельных дефекта. (Иллюстрация авторов работы.)

Для того чтобы оценить возможности методики, физики сформировали довольно большой — размером 60×60 — массив отверстий диаметром (60 ± 10) нм. Наблюдения фотолюминесценции NV-центров показали, что отверстия чётко контролируют пространственное распределение дефектов, и на каждое отверстие приходится в среднем по (1,4 ± 0,2) центра. Скорость создания NV-центров при этом во много раз превышала характеристики представленных ранее технологий.

Впрочем, по длительности хранения наведённой спиновой поляризации NV-центры пока сильно уступают лучшим экспериментальным образцам, но причины этого авторам известны, и они уже занимаются доработкой методики.

Препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Technology Review.

Текст: Дмитрий Сафин