Computers die de eigenschappen van kwantummechanica kunnen gebruiken, lossen problemen sneller op dan de huidige technologie. Dit is interessant, maar ze moeten daarbij een enorm nadeel overwinnen.
Niobiumnitride, een supergeleidende stof, kan worden toegevoegd aan een nitride-halfgeleidersubstraat om een platte, kristallijne laag te vormen, zoals aangetoond door Japanse onderzoekers, die mogelijk de oplossing hebben geleverd. Deze methode kan eenvoudig zijn om kwantumqubits te produceren die kunnen worden gebruikt met reguliere computerapparatuur.
Een team van onderzoekers van het Institute of Industrial Science in The Universiteit van Tokyo heeft laten zien hoe dunne films van niobiumnitride (NbNx) direct op een laag aluminiumnitride (AlN) kunnen worden gekweekt. Niobiumnitride kan supergeleidend worden bij temperaturen lager dan 16 graden boven het absolute nulpunt.
Wanneer het in een apparaat wordt geplaatst dat bekend staat als een Josephson-junctie, kan het worden gebruikt om een supergeleidende qubit. De onderzoekers onderzochten het effect van temperatuur op de kristalstructuren en elektrische eigenschappen van dunne NbNx-films geproduceerd op AlN-templatesubstraten. Ze toonden aan dat de atoomafstand van de twee materialen compatibel genoeg was om te resulteren in vlakke lagen.
First en de corresponderende auteur Atsushi Kobayashi zei, "We ontdekten dat vanwege de kleine roostermismatch tussen aluminiumnitride en niobiumnitride, een zeer kristallijne laag kon groeien op het grensvlak."
"De kristalliniteit van de NbNx werd gekarakteriseerd met röntgendiffractie en de oppervlaktetopologie werd vastgelegd met behulp van atoomkrachtmicroscopie. Daarnaast werd de chemische samenstelling gecontroleerd met behulp van röntgenfoto-elektronenspectroscopie. Het team liet zien hoe de rangschikking van atomen, het stikstofgehalte en de elektrische geleidbaarheid allemaal afhankelijk waren van de groeiomstandigheden, vooral de temperatuur."
"De structurele overeenkomst tussen de twee materialen vergemakkelijkt de integratie van supergeleiders in opto-elektronische halfgeleiderapparaten."
Bovendien is de scherp gedefinieerde interface tussen het AlN-substraat, dat een brede bandgap heeft, en NbNx, dat een supergeleider is, essentieel voor toekomstige kwantumapparaten, zoals Josephson-knooppunten. Supergeleidende lagen die slechts enkele nanometers dik zijn en een hoge kristalliniteit hebben, kunnen worden gebruikt als detectoren van enkele fotonen of elektronen.
Journal Reference:
- Atsushi Kobayashi et al. Kristalfase gecontroleerde epitaxiale groei van NbNx supergeleiders op wide-bandgap AlN halfgeleiders". Geavanceerde materiaalinterfaces DOI: 10.1002/admi.202201244
