3 Minuty
Naukowcy z Uniwersytetu Nowojorskiego oraz Uniwersytetu Queensland wykazali zjawisko nadprzewodnictwa w epitaksjalnym germanie domieszkowanym galem — to przełomowe odkrycie, które może zrewolucjonizować produkcję układów kwantowych na skalę całej płytki krzemowej.
Nadprzewodzący german na skalę płytki: przełom w elektronice kwantowej
W przełomowej publikacji w czasopiśmie Nature zespół badawczy wykazał, że german otrzymywany standardowymi technikami półprzewodnikowymi staje się nadprzewodnikiem po domieszkowaniu galem. Przejście do stanu nadprzewodzącego następuje poniżej około 3,5 kelwina. Co równie kluczowe, materiał ten pozwala na realizację gęstych matryc złącz Josephsona na całej dwucalowej płytce. Wyobraź sobie miliony nadprzewodzących kontaktów tworzonych z użyciem zaawansowanej litografii przemysłowej i testowanych w temperaturach kriogenicznych – potwierdzono ich stabilność oraz wysokie gęstości prądów w warunkach rzeczywistych.
Metoda produkcji: czyste warstwy i precyzyjne domieszkowanie
Zastosowana przez naukowców epitaksja z wiązki molekularnej (MBE) umożliwiła wzrost ultra-czystych warstw germanu oraz precyzyjne wprowadzanie atomów galu w określone miejsca sieci krystalicznej. Dzięki przekroczeniu krytycznego poziomu domieszkowania, cienka warstwa germanu przechodzi w stan nadprzewodnictwa, zachowując jednocześnie idealnie czyste interfejsy bez defektów. Warstwowe narastanie umożliwia uniknięcie szorstkich granic, które często są przyczyną degradacji parametrów urządzeń elektronicznych.
Dlaczego to tak ważne? Nowa era kompatybilności i skalowalności
Najważniejszym wyróżnikiem tej technologii jest skalowalność w realnych warunkach przemysłowych. German domieszkowany galem uzyskano w procesie zbliżonym do tych już obecnych w produkcji półprzewodników złożonych oraz układów Cryo-CMOS, umożliwiając integrację z istniejącymi liniami produkcyjnymi. Otwiera to drogę do pokonania wieloletnich barier w łączeniu logiki półprzewodnikowej z elementami nadprzewodzącymi – redukuje pasożytniczą pojemność, ogranicza straty cieplne i umożliwia tworzenie znacznie gęstszych obwodów kwantowych niż w dotychczasowych metodach.
Przełożenie tych osiągnięć na praktykę technologiczną umożliwi zejście z testów fragmentów laboratoryjnych do wdrażania nadprzewodzących układów na skalę całej płytki. Otwiera to perspektywę dla procesorów kwantowych, kriogenicznych systemów RF, detektorów o ultraniskich szumach czy urządzeń kwalifikowanych do pracy w warunkach kosmicznych.
Wyzwania na przyszłość: mapa drogowa do pełnej integracji
W kolejnych etapach badacze zamierzają rozszerzyć skalę procesu na większe płytki, poprawić powtarzalność technologii oraz wykazać efektywną integrację nadprzewodzącego germanu z krzemową logiką. Gdy zamierzenia te zakończą się sukcesem, german domieszkowany galem może stać się praktyczną platformą do produkcji przemysłowych układów kwantowych. Stanowiłoby to połączenie najlepszych cech krzemowej technologii półprzewodnikowej z wysoką wydajnością obwodów nadprzewodzących.
Czy german będzie kluczowym materiałem dla masowej produkcji sprzętu kwantowego? Pierwsze wyniki są bardzo obiecujące, a prezentowana metoda skalowania do całej płytki przyciąga duże zainteresowanie branży półprzewodnikowej i firm zajmujących się komputerami kwantowymi.
Eksperci podkreślają, że najbliższe lata zadecydują o tym, czy nowatorska koncepcja zyska praktyczne zastosowania w rozwijającym się rynku technologii kwantowych. Przyszłe badania skoncentrują się także na optymalizacji układów Josephsona, zwiększeniu gęstości elementów aktywnych oraz dalszej integracji z transmonami i krioelektroniką. Niewykluczone, że german domieszkowany galem znajdzie zastosowanie również w ultraszybkich przełącznikach cyfrowych czy wysoko czułych detektorach fotonów.
Odkrycie to wyznacza nowy kierunek w rozwoju materiałów nadprzewodzących na potrzeby skalowalnej elektroniki kwantowej, wpisując się w globalny wyścig o wdrożenie komercyjnych komputerów kwantowych.
Źródło: smarti
Zostaw komentarz