Οι υπολογιστές που μπορούν να χρησιμοποιήσουν τις ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής λύνουν προβλήματα γρηγορότερα από την τρέχουσα τεχνολογία. Αυτό είναι ενδιαφέρον, αλλά πρέπει να ξεπεράσουν ένα τεράστιο μειονέκτημα για να το κάνουν.
Το νιτρίδιο του νιοβίου, μια υπεραγώγιμη ουσία, μπορεί να προστεθεί σε ένα υπόστρωμα νιτριδίου-ημιαγωγού για να σχηματίσει ένα επίπεδο, κρυσταλλικό στρώμα, όπως απέδειξαν Ιάπωνες ερευνητές, οι οποίοι μπορεί να έδωσαν τη λύση. Αυτή η μέθοδος μπορεί να είναι απλή στην παραγωγή κβαντικών qubits που μπορούν να χρησιμοποιηθούν με κανονικές υπολογιστικές συσκευές.
Μια ομάδα ερευνητών στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής Επιστήμης στο The Πανεπιστήμιο του Τόκιο έχει δείξει πώς μπορούν να αναπτυχθούν λεπτές μεμβράνες νιτριδίου του νιοβίου (NbNx) απευθείας πάνω από ένα στρώμα νιτριδίου αλουμινίου (AlN). Το νιτρίδιο του νιοβίου μπορεί να γίνει υπεραγώγιμο σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από 16 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Όταν τοποθετείται σε μια συσκευή γνωστή ως διασταύρωση Josephson, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία α υπεραγώγιμο qubit. Οι ερευνητές εξέτασαν την επίδραση της θερμοκρασίας στις κρυσταλλικές δομές και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των λεπτών υμενίων NbNx που παράγονται σε υποστρώματα μήτρας AlN. Έδειξαν ότι η απόσταση ατόμων των δύο υλικών ήταν αρκετά συμβατή ώστε να οδηγήσει σε επίπεδα στρώματα.
Πρώτος και ο αντίστοιχος συγγραφέας Atsushi Kobayashi είπε, «Διαπιστώσαμε ότι λόγω της μικρής αναντιστοιχίας πλέγματος μεταξύ του νιτριδίου του αργιλίου και του νιτριδίου του νιοβίου, ένα εξαιρετικά κρυσταλλικό στρώμα θα μπορούσε να αναπτυχθεί στη διεπαφή».
«Η κρυσταλλικότητα του NbNx χαρακτηρίστηκε με περίθλαση ακτίνων Χ και η τοπολογία της επιφάνειας καταγράφηκε χρησιμοποιώντας μικροσκοπία ατομικής δύναμης. Επιπλέον, η χημική σύνθεση ελέγχθηκε χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ. Η ομάδα έδειξε πώς η διάταξη των ατόμων, η περιεκτικότητα σε άζωτο και η ηλεκτρική αγωγιμότητα εξαρτώνται από τις συνθήκες ανάπτυξης, ειδικά τη θερμοκρασία».
«Η δομική ομοιότητα μεταξύ των δύο υλικών διευκολύνει την ενσωμάτωση υπεραγωγών σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές ημιαγωγών».
Επιπλέον, η σαφώς καθορισμένη διεπαφή μεταξύ του υποστρώματος AlN, που έχει μεγάλο διάκενο ζώνης, και του NbNx, που είναι ένας υπεραγωγός, είναι απαραίτητη για το μέλλον κβαντικές συσκευές, όπως οι κόμβοι Josephson. Υπεραγώγιμα στρώματα που έχουν μόνο λίγα νανόμετρα πάχος και υψηλή κρυσταλλικότητα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ανιχνευτές μεμονωμένων φωτονίων ή ηλεκτρονίων.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Οι Atsushi Kobayashi et al. Ελεγχόμενη από κρυσταλλική φάση επιταξιακή ανάπτυξη υπεραγωγών NbNx σε ημιαγωγούς AlN ευρείας ζώνης». Προηγμένες διεπαφές υλικώνΕ DOI: 10.1002/admi.202201244
