Um grupo de pesquisadores da Escola de Engenharia Molecular Pritzker da Universidade de Chicago realizou um estudo computacional para prever as condições necessárias para criar falhas de giro específicas em carbeto de silício. As descobertas, publicadas na Nature Communications, representam um avanço significativo na identificação de parâmetros de fabricação para as falhas de giro que podem ser usadas em tecnologias quânticas.

As falhas de giro são impurezas ou átomos mal posicionados em um material sólido que transportam um giro eletrônico, uma propriedade da mecânica quântica que pode ser usada como um qubit controlável em tecnologias quânticas. No entanto, a síntese dessas falhas de giro ainda não é bem compreendida e não pode ser totalmente otimizada. Diferentes experimentos em carbeto de silício, um material hospedeiro promissor para qubits de giro quânticos, têm apresentado recomendações e resultados variáveis para criar as falhas de giro desejadas.

Os pesquisadores buscaram entender como essas falhas são formadas por meio de simulações atômicas abrangentes. Eles utilizaram múltiplas técnicas e algoritmos computacionais para prever a formação de falhas de giro específicas conhecidas como “divacâncias” em carbeto de silício. As divacâncias são criadas ao remover um átomo de silício e um átomo de carbono que estão próximos na estrutura cristalina do carbeto de silício.

As simulações da equipe revelaram as condições específicas sob as quais as falhas de giro de divacância podem ser formadas de maneira eficiente e controlável em carbeto de silício. Ao entender o complexo mecanismo de formação das falhas, os pesquisadores podem evitar interferências indesejadas e criar falhas de giro adequadas para aplicações de detecção quântica.

As ferramentas computacionais desenvolvidas pelos pesquisadores podem ser usadas por experimentadores para projetar uma variedade de falhas de giro em carbeto de silício e outros semicondutores. No entanto, mais trabalho é necessário para generalizar as previsões para uma ampla gama de processos de formação de falhas e conjuntos de falhas.

A equipe planeja expandir ainda mais seus estudos e algoritmos computacionais, além de investigar a influência de superfícies e outras condições realistas na formação de falhas de giro. Esta pesquisa não apenas fornece insights sobre a formação de falhas de giro, mas também estabelece as bases para o avanço das tecnologias quânticas.

Fonte: Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-023-41632-9)