Prispevek na spletnem portalu Live Science v rubriki Computing, ki temelji na članku: Steele JA et al. (2025) Superconductivity in substitutional Ga-hyperdoped Ge epitaxial thin films. Nature Nanotechnology – https://doi.org/10.1038/s41565-025-02042-8 – University of Ljubljana free access article pdf
V nadaljevanju podajamo kratek povzetek prispevka o preboju na področju superprevodnosti.
Preboj
- Nov material: Raziskovalci so uspešno zamenjali vsak osmi atom v germaniju z galijem in ustvarili nov material, ki je superprevoden, hkrati pa ohranja vmesnik s polprevodnikom.
- Teoretični izvori: Ta dosežek potrjuje koncept, ki ga je leta 1964 prvi predlagal Marvin L. Cohen, glede superprevodnosti močno dopiranih polprevodnikov.
Metodologija: Molekularna epitaksija (MBE)
- Premagovanje preteklih neuspehov: Prejšnji poskusi z uporabo obstreljevanja z delci so uničili kristalno mrežo in povzročali “grudenje” zaradi omejitev topnosti.
- Gradnja plast za plastjo: Ekipa je uporabila molekularno epitaksijo (angl. Molecular-beam epitaxy – MBE) za gradnjo kristala plast za plastjo. Ta tehnika obide omejitve topnosti, kar omogoča enakomerno porazdelitev galija, namesto da bi ta nasičil material in tvoril grudice.
- Strukturna celovitost: Analiza je potrdila, da ima material natančnost na atomski ravni z zelo nizko stopnjo nereda. Kristalna mreža se je navpično razširila, da bi sprejela večje atome galija, v vodoravni ravnini pa je ostala poravnana.
Ključne lastnosti
- Temperatura prehoda: Material doseže superprevodnost pri 3,5 Kelvina. To je bistveno višje kot pri čistem galiju (1 Kelvin), kar odpira nova vprašanja o specifičnih mehanizmih superprevodnosti, ki so tu na delu.
- Nizka stopnja nereda: Visoka kristalna urejenost je ključna za gojenje izmeničnih plasti superprevodnih in polprevodnih materialov, kar je prej veljalo za nemogoče.
Posledice za kvantno računalništvo
- 3D zlaganje in gostota: Sposobnost plastenja materialov omogoča izdelavo 3D skladov, kar bi lahko omogočilo namestitev 25 milijonov Josephsonovih spojev (uporabljenih za kubite ali senzorje) na eni sami rezini.
- Zmanjšana dekoherenca: Strukturna pravilnost materiala lahko naredi kubite bolj odporne proti dekoherenci (izgubi kvantnega stanja), kar je ena glavnih ovir v kvantnem računalništvu.
- Združljivost z industrijo: Ker postopek uporablja standardno silicij-germanijevo infrastrukturo, bi to lahko znatno pospešilo razvoj razširljivega polprevodniškega (solid-state) kvantnega računalništva.