Разработка ученых ведет к созданию нового поколения квантовых схем и кубитов

Физики из Австралии и США добились значительного прорыва, превратив германий в сверхпроводник. На протяжении десятилетий ученые пытались придать сверхпроводящие свойства кремнию и германию, которые являются основой современной микроэлектроники. Успех в этом направлении открывает путь к созданию принципиально новых типов квантовых схем.

Для изменения электропроводящих свойств полупроводника используется метод легирования, то есть введения примесей, однако для достижения сверхпроводимости их концентрация должна быть очень высокой. Основная сложность заключалась в том, что при попытке добавить необходимое количество примесей кристаллическая решетка материала разрушалась, делая его непригодным для использования в устройствах.

Используя метод молекулярно-пучковой эпитаксии, исследователи вырастили тонкие кристаллические пленки германия, в которых почти пятая часть атомов была заменена галлием. Им удалось достичь рекордной концентрации примеси, составляющей 17,9 процента, при этом сохранив упорядоченную кристаллическую структуру. Дифракционные эксперименты показали, что атомы галлия лишь слегка исказили решетку, не нарушив ее порядка.

Измерения показали, что при температуре 3,5 кельвина (около -270 градусов по Цельсию) электрическое сопротивление полученного материала падает до нуля, то есть он переходит в сверхпроводящее состояние. Расчеты подтвердили, что материал ведет себя как фононный сверхпроводник, где пары электронов формируются благодаря взаимодействию с колебаниями кристаллической решетки.

По словам ученых, созданные тонкие пленки полностью совместимы с существующими полупроводниковыми технологиями. Авторы работы считают, что новый материал может быть использован для производства монолитных джозефсоновских переходов и других компонентов квантовой электроники на основе привычных технологий работы с германием.