Ученые достигли значительного успеха, который способен кардинально изменить будущее электроники: им удалось преобразовать германий — материал, широко применяемый в компьютерных чипах и оптоволокне — в сверхпроводник.
На протяжении десятилетий исследователи стремились создать материалы, которые могли бы быть одновременно полупроводниками, являясь основой современной электроники, и сверхпроводниками. Сверхпроводники могут проводить электричество с нулевым сопротивлением — ток в них способен циркулировать бесконечно, не теряя свою энергию. Представьте себе батарею, которая никогда не разряжается, или компьютер, который не нагревается во время работы. Проблема заключается в том, что превратить обычные полупроводники, такие как кремний или германий, в сверхпроводящие материалы крайне сложно.
«Достижение сверхпроводимости в германии, который уже активно используется в компьютерных чипах и волоконной оптике, может стать основой для настоящей революции в разнообразных потребительских товарах и промышленных технологиях», — поясняет Джавад Шабани, физик из Нью-Йоркского университета и директор Центра квантовой информационной физики.
Успех заключался в уникальной технологии. Исследователи насытили тонкие пленки германия атомами галлия — мягкого металла, который часто используется в электронике. Этот процесс называется легированием. Обычно высокая концентрация галлия разрушает кристаллическую решетку германия, однако физики применили метод молекулярно-лучевой эпитаксии — сверхточный способ создания кристаллических слоев атом за атомом.
«Используя эпитаксию — процесс выращивания тонких кристаллических слоев — мы наконец достигли необходимой структурной точности для понимания и контроля процесса возникновения сверхпроводимости в этих материалах», — добавляет Джулиан Стил, физик из Университета Квинсленда и соавтор исследования.
Однако существует одно «но»: сверхпроводимость в германии проявляется лишь при температуре 3,5 Кельвина — это примерно минус 270 градусов Цельсия, почти абсолютный ноль. Но даже при таких экстремальных условиях это открытие имеет огромное значение.
Питер Джейкобсон из Университета Квинсленда подчеркивает, что сверхпроводящие материалы могут стать основой для будущих квантовых схем, сенсоров и криогенной электроники с низким энергопотреблением. «Германий уже служит надежным компонентом для передовых полупроводниковых технологий, и демонстрация того, что он также может стать сверхпроводником при контролируемых условиях, открывает возможности для создания масштабируемых квантовых устройств, готовых к производству», — отмечает он.
Это открытие может привести к разработке компьютеров нового поколения, функционирующих на квантовых принципах, а также сверхэффективных электронных устройств с минимальным потреблением энергии.
Фото: hi-tech.mail.ru