Схеманы теріс айналдырғанда

Заманауи электроникада сирек кездесетін металлдардың ролі қандай

Кір жуу машинасынан бастап, спутниктерді басқару жүйесіне дейінгі диапазондағы техникаға арналған микросхемалар ми орталығы функциясын атқарады. Бұл мақаладан сіз электронды «толтырма» қандай материалдардан жасалатынын және жартылай өткізгіш индустрия сирек элементтерді қалай пайдаланатынын білесіз.

Тек қана кремний емес

Канада Табиғи ресурстар министрлігінің деректері бойынша, 2021 жылы өндірілетін СКЭ* негізгі бөлігі магниттерді дайындауда пайдаланды. Осы кезеңде жартылай өткізгіш өнеркәсіп әлемдік сұраныстың 7,6% -ын ғана көрсетті. Магниттер электрониканың барлық түрлерінде дерлік тәуелсіз компоненттер ретінде және электр қозғалтқыштары, динамиктер, микрофондар және сол сияқтылар құрамында қолданылады. Іс жүзінде кез келген электроника өндірісіне тікелей немесе жанама түрде СКЭ тартылған.

*РЗЭ — сирек кездесетін элементтер

Чиптермен және олардан жасалатын микросхемалармен жағдай біршама басқаша. Микросхемалар өндіру үшін негізгі материал кремний болып табылады — жер қыртысының оттегіден кейінгі таралуы бойынша екінші элементі, бұл ретте электрондар ағынын бақылауға және бағыттауға мүмкіндік беретін жартылай өткізгіштің қасиеттеріне ие.

Қазіргі заманғы процессорлар мен жады чиптері жартылай өткізгіштерден тұрады, бірақ бұл компоненттердің өндірісінде сирек кездесетін металдар тікелей пайдаланылмайды. Алайда, классикалық құрылғылардан өзінің «толықтыруымен» және функционалдығымен түбегейлі ерекшеленетін кванттық компьютерлердің таралуына байланысты жағдай өзгеруі мүмкін. Барлық классикалық чиптердің негізі (1) немесе (0) заряды бар транзисторлар болып табылады. Қазіргі заманғы құрылғыларда транзисторлар өте көп. Бұл екілік жүйе барлық ақпаратты енгізу/шығару және есептеу үшін пайдаланылатын компьютердің тілі болып табылады.

Кубиттер – бұл кванттық транзисторлар. Кубит зарядталған және зарядталмаған күйде дәйекті және бір мезгілде болуы мүмкін. Бұл қабілет классикалық транзисторлармен салыстырғанда олардың есептеу қуатын бірнеше есе ұлғайтады.

Ғалымдар тиімді және тұрақты кубиттер жасау технологияларын, оның ішінде сирек кездесетін металдарды пайдалана отырып, сынақтан өткізуде. Мына бағыттар:

Төмен температура кезінде алюминий мен ниобийдің мықты өткізгіштігі негізінде әзірленген конденсаторлар IBM Quantum System One әлеміндегі алғашқы коммерциялық кванттық компьютерде пайдаланылды.
Иттербий сирек жер металының иондарын ұстау технологиясы. Оны Quantinuum, ionQ (IONQ), Alpine Quantum Technologies, eleQtron және басқа да жобалар енгізуде.
Фотонды квантты компьютерлерді жасауда европийді қолдану. Олардың үстінде PsiQuantum, Xanadu және ORCA Computing жұмыс істейді.
Ридберг атомдары деп аталатын базадағы есептеу жүйелерін жобалауда рубидийді пайдалану. Әзірлеумен ColdQuanta, QuEra және Pasqal компаниялары айналысады.

Екінші кезекте

Чиптерді өндіру кезінде сирек топырақты элементтер аз тартылған, бірақ оларсыз микросхемаларды дайындау әлі де мүмкін емес: СКМ аса заманауи технологиялар бойынша өндірілетін нидерландтық ASML (ASML) компаниясының литографиялық машиналары сияқты жартылай өткізгіш индустриясы үшін жабдықтың компоненттері ретінде өте қажет. Осы құрылғылардың көмегімен микросхеманың электрондық құрылымын қалыптастыру үшін лазерлік сәулемен жартылай өткізгіш пластиналарға 3D-сурет салынады. Бұл чипті дайындаудың бүкіл өндірістік тізбегіндегі ең күрделі кезеңдердің бірі, өйткені процесс лазерлік гравированың барынша дәлдігін талап етеді.

Тiкелей микросхемаларда сирек элементтер аэроғарыш саласында, атом энергетикасында және әскери өнеркәсiпте пайдаланылады, мұнда бұл металдар әсiресе жоғары электр өткiзгiштiгi мен радиацияға төзiмдiлiгi үшiн бағаланады. Бұл салаларды одан әрі дамыту бүкіл әлемдегі СКМ-на сұранысты қолдайды.