Разработка ученых приближает создание нового поколения квантовых схем и кубитов

Австралийские и американские физики достигли значительного прогресса в области сверхпроводимости, осуществив успешное преобразование германия в сверхпроводящий материал посредством метода молекулярно-пучковой эпитаксии. На протяжении десятилетий исследовательское сообщество стремилось наделить кремний и германий, ключевые компоненты современной микроэлектроники, сверхпроводящими характеристиками. Это достижение открывает новые перспективы для разработки инновационных квантовых устройств и технологий.

Модификация электропроводящих свойств полупроводниковых материалов традиционно осуществляется методом легирования, который заключается во введении примесей для изменения электронной структуры материала. Однако достижение сверхпроводящего состояния требует высокой концентрации легирующих элементов, что сопряжено с проблемой разрушения кристаллической структуры материала. Это разрушение делает материал непригодным для практического применения в условиях высоких требований к стабильности и надежности.

В рамках текущего исследования ученые использовали метод молекулярно-пучковой эпитаксии для выращивания тонких кристаллических пленок германия с добавлением примеси галлия. Эта методика позволила достичь рекордной концентрации легирующего элемента в 17,9% при сохранении упорядоченной кристаллической структуры материала. Дифракционные исследования подтвердили, что внедрение галия лишь незначительно исказило кристаллическую решетку, что свидетельствует о высокой степени структурной целостности материала.

При температуре 3,5 Кельвина (-270 градусов Цельсия) наблюдалось полное исчезновение электрического сопротивления, что является классическим признаком перехода материала в сверхпроводящее состояние. Теоретический анализ показал, что данный материал относится к фононным сверхпроводникам, где сверхпроводимость обусловлена образованием пар электронов, связанных с колебаниями кристаллической решетки (фононами).

Исследователи подчеркивают, что полученные пленочные структуры полностью совместимы с существующими технологиями производства полупроводниковых материалов, что открывает возможности для их интеграции в традиционные процессы. В частности, авторы предполагают, что этот материал может быть использован для создания монолитных джозефсоновских переходов и других критически важных компонентов квантовой электроники, что значительно расширит функциональные возможности современных электронных систем, пишет источник.