Computer, die die Eigenschaften der Quantenmechanik nutzen können, lösen Probleme schneller als die aktuelle Technologie. Das ist interessant, aber sie müssen dabei einen massiven Nachteil überwinden.
Niobnitrid, eine supraleitende Substanz, kann einem Nitrid-Halbleiter-Substrat hinzugefügt werden, um eine flache, kristalline Schicht zu bilden, wie von japanischen Forschern demonstriert wurde, die möglicherweise die Lösung geliefert haben. Diese Methode könnte einfach sein, um Quanten-Qubits zu erzeugen, die mit normalen Computergeräten verwendet werden können.
Ein Forscherteam des Instituts für Arbeitswissenschaft der The University of Tokyo hat gezeigt, wie dünne Filme aus Niobnitrid (NbNx) direkt auf einer Aluminiumnitridschicht (AlN) gezüchtet werden können. Niobnitrid kann bei Temperaturen unter 16 Grad über dem absoluten Nullpunkt supraleitend werden.
Wenn es in einem Gerät platziert wird, das als Josephson-Kontakt bekannt ist, kann es verwendet werden, um eine zu erstellen supraleitendes Qubit. Die Forscher untersuchten den Einfluss der Temperatur auf die Kristallstrukturen und elektrischen Eigenschaften von NbNx-Dünnfilmen, die auf AlN-Schablonensubstraten hergestellt wurden. Sie zeigten, dass der Atomabstand der beiden Materialien kompatibel genug war, um zu flachen Schichten zu führen.
First und der korrespondierende Autor Atsushi Kobayashi sagte, „Wir fanden heraus, dass aufgrund der geringen Gitterfehlanpassung zwischen Aluminiumnitrid und Niobnitrid eine hochkristalline Schicht an der Grenzfläche wachsen konnte.“
„Die Kristallinität des NbNx wurde mit Röntgenbeugung charakterisiert und die Oberflächentopologie mit Rasterkraftmikroskopie erfasst. Zusätzlich wurde die chemische Zusammensetzung mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie überprüft. Das Team zeigte, wie die Anordnung der Atome, der Stickstoffgehalt und die elektrische Leitfähigkeit von den Wachstumsbedingungen, insbesondere der Temperatur, abhängen.“
„Die strukturelle Ähnlichkeit zwischen den beiden Materialien erleichtert die Integration von Supraleitern in optoelektronische Halbleiterbauelemente.“
Darüber hinaus ist die scharf definierte Grenzfläche zwischen dem AlN-Substrat, das eine große Bandlücke hat, und NbNx, das ein Supraleiter ist, für die Zukunft von entscheidender Bedeutung Quantengeräte, wie Josephson-Kontakte. Nur wenige Nanometer dicke supraleitende Schichten mit hoher Kristallinität können als Detektoren für einzelne Photonen oder Elektronen verwendet werden.
Journal Referenz:
- Atsushi Kobayashiet al. Kristallphasengesteuertes epitaxiales Wachstum von NbNx-Supraleitern auf AlN-Halbleitern mit großer Bandlücke“. Erweiterte Materialschnittstellen. DOI: 10.1002/admi.202201244
