Учёные заменили аргон на криптон при нанесении сверхпроводящего материала на кремний и получили плёнки, из которых изготовили кубиты с добротностью до 16,9 млн
21 августа 2026, 22:19Наука и космосDarth Sahara0
Команда Корнеллского университета разработала метод нанесения тантала на кремниевые подложки при температуре 200 °C, вместо более чем 400 °C, требуемых традиционным способом. Полученные танталовые плёнки продемонстрировали высокую электрическую проводимость, а созданные на их основе сверхпроводящие кубиты достигли добротности до 16,9 млн. Результаты были опубликованы в журнале Nature Materials.
В последние годы тантал стал одним из многообещающих материалов для сверхпроводящих квантовых схем: на его основе уже производят кубиты и микроволновые резонаторы с высокими характеристиками. Тем не менее, его применение в стандартных процессах производства полупроводников было ограничено температурой нанесения. При традиционном распылении тантала на кремний требуется разогрев подложки выше 400 °C, тогда как многие производственные линии для создания микросхем адаптированы к более низким температурам.
Проблема заключается в структуре материала. При низкой температуре тантал образует кристаллическую фазу с нежелательными свойствами, поэтому для достижения необходимой кубической объемно-центрированной фазы (bcc) обычно требуется значительный нагрев. Однако при слишком высокой температуре тантал начинает смешиваться с кремнием, формируя более толстый промежуточный слой. Это приводит к увеличению потерь информации и ухудшению характеристик квантовой схемы.
Исследователи заменили аргон, используемый при распылении, на криптон. При ионной бомбардировке более тяжёлые атомы криптона передают танталу больше импульса и выбивают его атомы с большей энергией. Этого оказалось достаточно, чтобы стабилизировать необходимую кристаллическую фазу прямо на кремнии уже при 200 °C. В результате появилось значительно более широкое температурное окно для стабильного производства: между температурой, при которой формируется нужная структура тантала, и температурой, при которой он начинает активно смешиваться с кремнием.
Из полученных плёнок создали сверхпроводящие микроволновые резонаторы и оценили их характеристики. При более высоких температурах нанесения потери увеличивались вместе с уровнем смешивания тантала и кремния. Плёнки, полученные с использованием криптона при пониженной температуре, продемонстрировали более стабильные характеристики, что крайне важно для воспроизводимости создания квантовых устройств.
Затем на основе данного материала команда создала трансмонные кубиты — один из основных типов сверхпроводящих кубитов. Ключевым элементом такой схемы является джозефсоновский переход: две металлические области разделены тонким слоем изолятора, через который электроны могут туннелировать. Для полученных устройств с компактным зазором конденсатора 20 мкм максимальная добротность достигла 16,9 млн, что означает, что кубит сохранял квантовое состояние с очень низкими потерями.
Авторы подчеркивают, что снижение температуры нанесения тантала особенно актуально с точки зрения совместимости материала с существующей инфраструктурой производства микросхем. Вместо процесса, находившегося у температурной границы используемого оборудования, появилась технология с большим запасом по температуре. Это устраняет один из барьеров для интеграции высокопроизводительных танталовых сверхпроводников в более масштабные процессы создания квантовых чипов.
Источники:Nature MaterialsНаука и космос0Квантовые вычисленияКвантовые компьютерыСверхпроводникиКвантовые чипыСверхпроводящие кубитыТантал21 авг 22:19
Источник