Страхотен пробив: Учените превърнаха полупроводника германий в свръхпроводник

Полупроводниците, които са в основата на съвременните микрочипове, биха могли да работят много по-бързо и по-ефективно, ако притежаваха свръхпроводими свойства. Превръщането на материали като силиций и германий в свръхпроводници обаче е изключително трудна задача. За първи път международен екип от учени успя да създаде свръхпроводим германий, като използва молекулярно-лъчева епитаксия за прецизно вграждане на галиеви атоми. Това откритие може да доведе до създаването на енергийно ефективни квантови устройства и криогенна електроника.

Германият и силицият, химични елементи от група 14, заемат уникално място между металите и диелектриците. Тяхната универсалност и дълготрайност ги правят основни компоненти на съвременната електроника. За да се индуцира свръхпроводимост в тези елементи, атомната им структура трябва да бъде старателно модифицирана, за да се увеличи броят на електроните, достъпни за провеждане на ток. След това тези електрони се свързват в двойки и преминават през материала без съпротивление – процес, който е трудно да се контролира прецизно в атомен мащаб.

Авторите на новото изследване са създали слоеве от германий, наситени с галий – по-мек елемент, пише Science Daily. Тази техника на легиране често се използва за модифициране електрическите свойства на полупроводниците. Обикновено високите концентрации на галий дестабилизират кристала, като предотвратяват свръхпроводимостта.

Учените са преодолели това ограничение, като са използвали усъвършенствани рентгенови техники, които са принудили атомите на галия да заемат мястото на атомите на германия в кристалната решетка. Въпреки че това води до лека деформация на кристала, неговата цялостна стабилност се запазва. Освен това той придобива способността да провежда ток с нулево съпротивление при температура от 3,5 градуса по Келвин (почти -270 градуса по Целзий). С други думи, той става свръхпроводим.

„Тези материали биха могли да залегнат в основата на бъдещите квантови вериги, сензори и криогенна електроника с ниска мощност, които се нуждаят от чисти интерфейси между свръхпроводящите и полупроводящите области“,

заяви Питър Джейкъбсън от Университета в Куинсланд, Австралия, един от изследователите.

„Германият вече е работният кон на модерните полупроводникови технологии, така че като демонстрираме, че той може да стане свръхпроводящ при контролирани условия на растеж, ние откриваме потенциала за мащабируеми, готови за производство квантови устройства.“