El problema de la litografía cuántica

Litografía cuánticaLos fotones entrelazados pueden reducir drásticamente el tamaño posible del relieve usando litografía. Al menos, esto es lo que habían esperado los físicos.

La litografía, la capacidad de imprimir patrones sobre ciertos materiales usando la luz, es una de las tecnologías disponibles en nuestra época. El tamaño del relieve que puede definirse de esta forma es diminuto, limitado sólo por la longitud de onda de la luz usada para crearlos, el conocido como límite de difracción.

Y aún así no es lo bastante pequeño para los fabricantes de chips, que demandan tamaños de relieve aún menores. El problema es que conforme la longitud de onda de la luz se acorta, los fotones se hacen más energéticos y más difíciles de controlar. Esto causa distintos problemas. Primero, los fotones pueden dañar el material con el que se supone que deben interactuar. Y segundo, las ópticas que enfocan estos energéticos haces son más difíciles de fabricar.

De hecho, es difícil ver cómo los fabricantes de chips se las van a arreglar con luz más allá del ultravioleta extremo.

Al menos, era difícil hasta que en 2000 un grupo de físicos demostró que era posible solventar esta limitación usando el entrelazamiento, el extraño fenómeno en el cual los objetos cuánticos como fotones comparten la misma existencia.

Estos físicos demostraron que mediante el entrelazamiento de un número de fotones, es posible reducir drásticamente el tamaño de los relieves producidos. La idea es que si creas un patrón de interferencia con la forma que quieres imprimir en la superficie, el relieve puede ser mucho más pequeño si usas fotones entrelazados. De hecho, si usas N fotones entrelazados, puedes superar el límite de difracción en 1/N.

Por supuesto, hay todo tipo de retos para hacer esto, tales como encontrar materiales que se vean influenciados por fotones entrelazados.

Pero el hecho es que la conocida como litografía cuántica es posible que llegue como un gran alivio para los litógrafos.

Sin embargo, puede que esta mañana no estén tan contentos. Christian Kothe del Instituto Real de Tecnología en Suecia y algunos colegas han demostrado que hay un problema fundamental con la litografía cuántica: simplemente, no funciona demasiado bien.

La cuestión es sobre su eficiencia: cuánto tiempo tendrías que exponer una muestra para lograr la mejora deseada en la resolución. Esto está relacionado con cómo de lejos se dispersan los fotones entrelazados. La litografía sólo tiene lugar cuando todos los fotones impactan en el mismo lugar, por lo que la cuestión clave es cómo de probable es que todos aterricen juntos.

Hay dos escuelas de pensamiento sobre esto. La primera es que la naturaleza del entrelazamiento indica que el área donde pueden impactar los fotones se restringe drásticamente después de que el primer fotón haya impactado. Por lo que en realidad es bastante probable que todos impacten juntos.

No obstante, otra línea de pensamiento es que los fotones no están restringidos de ninguna forma, y que la litografía puede funcionar sólo cuando todos impactan juntos por azar. Naturalmente, esto lleva mucho más tiempo y haría que la litografía cuántica fuese muy ineficiente.

Kothe y compañía muestran hoy los datos de experimentos recientes que indican que la segunda interpretación parece ser la correcta, y que incrementando el número de fotones entrelazados se incrementa exponencialmente el tiempo que necesita el patrón para formarse. “Por tanto, la litografía cuántica que implique un gran número de píxeles o de fotones, desafortunadamente parece no ser práctica”, concluyen.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1006.2250: On The Efficiency Of Quantum Lithography

Fecha Original: 15 de junio de 2010
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