Новая наноструктура может стать ключом к квантовой электронике

Новый электронный элемент из Технического университета Вены ( TU Wien) может стать важным ключом к эре квантовых информационных технологий.

С помощью специального производственного процесса чистый германий соединяется с алюминием таким образом, что образуются атомарно острые границы раздела. В результате образуется так называемая монолитная гетероструктура металл-полупроводник-металл.

Новый материал для квантовых технологий

Эта структура демонстрирует уникальные эффекты, которые особенно заметны при низких температурах. Алюминий становится сверхпроводящим - но не только, это свойство также передается соседнему полупроводнику германию, и им можно управлять с помощью электрических полей. Это делает его превосходно подходящим для сложных применений в квантовых технологиях, таких как обработка квантовых битов. Особое преимущество заключается в том, что при использовании этого подхода нет необходимости разрабатывать совершенно новые технологии. Вместо этого для создания квантовой электроники на основе германия можно использовать уже существующие и хорошо зарекомендовавшие себя технологии изготовления полупроводников. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"Германий - это материал, который, как признано, играет важную роль в полупроводниковой технологии для разработки более быстрых и энергоэффективных компонентов", - говорит доктор Масиар Систани из Института твердотельной электроники ТУ Вена. "Однако, если мы хотим использовать его для производства компонентов нанометрового масштаба, мы сталкиваемся с серьезной проблемой: чрезвычайно трудно изготовить высококачественные электрические контакты, поскольку даже мельчайшие примеси в местах контакта могут сильно повлиять на электрические свойства. Поэтому мы поставили перед собой задачу разработать новый метод производства, обеспечивающий надежные и воспроизводимые свойства контактов".

Ключом к этому является температура: когда нанометровые структуры германия и алюминия приводятся в контакт и нагреваются, атомы обоих материалов начинают диффундировать в соседний материал, но в очень разной степени: атомы германия быстро переходят в алюминий, в то время как алюминий почти не диффундирует в германий. "Таким образом, если соединить два алюминиевых контакта с тонкой германиевой нанопроволокой и поднять температуру до 350 °C, атомы германия диффундируют с края нанопроволоки. В результате образуются пустые пространства, в которые затем легко проникает алюминий", - объясняет Масиар Систани. "В итоге только несколько нанометров в центре нанопроволоки состоят из германия, остальное заполнено алюминием".

Обычно алюминий состоит из крошечных кристаллических зерен, но этот новый метод изготовления формирует идеальный монокристалл, в котором атомы алюминия расположены равномерно. Как видно под трансмиссионным электронным микроскопом, между германием и алюминием образуется идеально чистый и атомарно резкий переход, без неупорядоченной области между ними. В отличие от обычных методов, когда электрические контакты наносятся на полупроводник, например, путем испарения металла, в пограничном слое не могут образовываться оксиды.

Чтобы более детально изучить свойства этой монолитной гетероструктуры металл-полупроводник из германия и алюминия, Масиар Систани сотрудничал с группой квантовой инженерии профессора Оливье Буиссона в Гренобльском университете. Оказалось, что новая структура действительно обладает весьма примечательными свойствами: "Мы не только впервые смогли продемонстрировать сверхпроводимость в чистом, недопированном германии, но и показать, что эта структура может переключаться между совершенно разными рабочими состояниями с помощью электрических полей", - сообщает доктор Масиар Систани. "Такое устройство с германиевой квантовой точкой может быть не только сверхпроводящим, но и полностью изолированным, или же оно может вести себя как джозефсоновский транзистор, важный базовый элемент квантовых электронных схем".

Эта новая гетероструктура сочетает в себе целый ряд преимуществ: Структура обладает отличными физическими свойствами, необходимыми для квантовых технологий, такими как высокая подвижность носителей и отличная управляемость электрическими полями, а также имеет дополнительное преимущество - она хорошо сочетается с уже существующими технологиями микроэлектроники: Германий уже используется в современных архитектурах микросхем, а температуры, необходимые для формирования гетероструктуры, совместимы со зрелыми схемами обработки полупроводников. "Мы разработали структуру, которая не только обладает теоретически интересными квантовыми свойствами, но и открывает технологически очень реалистичную возможность создания дальнейших новых и энергосберегающих устройств", - говорит доктор Масиар Систани. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet