Ученые превратили обычный полупроводник в сверхпроводник

Международная команда учёных впервые добилась сверхпроводимости в германии — широко используемом полупроводниковом материале. Исследование, опубликованное в Nature Nanotechnology, описывает, как с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) атомы галлия были точно внедрены в кристаллическую решётку германия. Этот метод «легирования» позволил стабилизировать кристаллическую структуру, несмотря на высокую концентрацию галлия, которая обычно её разрушает. В результате материал приобрёл способность проводить электрический ток без сопротивления при температуре 3.5 Кельвина (~ -453°F).

Как объясняет физик Джавад Шабани из Нью-Йоркского университета, группа IV элементы, такие как германий и кремний, не являются сверхпроводниками в нормальных условиях, но модификация их кристаллической структуры позволяет образование электронных пар, обеспечивающих сверхпроводимость. Ключевым достижением стало использование эпитаксии — роста тонких кристаллических слоёв — для достижения структурной точности, необходимой для понимания и контроля возникновения сверхпроводимости в этих материалах, в отличие от традиционной ионной имплантации.

Это открытие имеет преобразующий потенциал для вычислительной техники и квантовых технологий. По словам Питера Джейкобсона из Университета Квинсленда, поскольку германий уже является «рабочей лошадкой» передовых полупроводниковых технологий, демонстрация его сверхпроводящих свойств открывает путь к созданию масштабируемых, готовых для фабричного производства квантовых устройств, датчиков и энергоэффективной криогенной электроники, требующих чистых интерфейсов между сверхпроводящими и полупроводящими областями.