- 27,630
- 46
- 8 Ноя 2022
Новая работа объяснила, как алмаз может объединить сверхпроводимость и полупроводниковые свойства в одном материале.
Алмаз обычно ассоциируют с прочностью, блеском и ювелирными витринами, но физики смотрят на кристалл иначе. При правильной примеси алмаз может проводить ток без сопротивления, а значит, стать основой для квантовых чипов, где в одном материале работают свет, магнитные свойства, спиновые эффекты и сверхпроводимость.
Американская группа из Аргоннской национальной лаборатории Минэнерго США, Университета штата Пенсильвания и Школы молекулярной инженерии Прицкера при Чикагском университете выяснила, как возникает сверхпроводимость в алмазе с добавками бора. Работа помогает понять, почему ток в таком материале при определенных условиях проходит без потерь, хотя чистый алмаз ведет себя совсем иначе.
Алмаз давно ценят в передовой электронике за твердость, прозрачность, устойчивость и очень высокую теплопроводность. Бор меняет электрическое поведение кристалла. Более 20 лет назад ученые показали, что легированный бором алмаз способен переходить в сверхпроводящее состояние, но физическая картина долго оставалась неполной.
Чтобы разобраться в механизме, исследователи вырастили тонкие алмазные пленки высокого качества с тщательно распределенными атомами бора. Внешне пленки выглядели однородными и кристаллически ровными, но измерения показали скрытую микроструктуру. Внутри материала возникала мозаика крошечных сверхпроводящих областей.
Ученые назвали такие области «лужами». Отдельные «лужи» постепенно соединяются друг с другом, и после образования связной сети электрический ток получает путь через алмаз без сопротивления. Для исследователей находка стала неожиданной, потому что структурно пленки не выглядели зернистыми или неоднородными.
Главная интрига работы в том, что сверхпроводящие области не зафиксированы навсегда. Их форму и поведение можно менять магнитным полем, температурой и электрическим током. Если инженеры научатся точнее управлять связями между такими областями, алмазные сверхпроводники смогут работать стабильнее и, возможно, при более высоких температурах.
Материал дает исследователям сразу несколько ручек настройки. Можно менять концентрацию бора, ориентацию кристалла, механическое напряжение и размерность структуры. По словам профессора Нитина Самартха из Университета штата Пенсильвания, новая работа дает надежную карту для проектирования алмазных сверхпроводников через независимую настройку базовых свойств материала.
Профессор Дэвид Ошалом из Чикагского университета считает, что открытие меняет подход к квантовым устройствам. Вместо раздельных материалов для разных функций инженеры смогут искать платформы, где полупроводниковое поведение и сверхпроводимость работают вместе. В перспективе такой подход может привести к квантовым устройствам на кристалле, которые проще связать с современной микроэлектроникой.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Алмаз обычно ассоциируют с прочностью, блеском и ювелирными витринами, но физики смотрят на кристалл иначе. При правильной примеси алмаз может проводить ток без сопротивления, а значит, стать основой для квантовых чипов, где в одном материале работают свет, магнитные свойства, спиновые эффекты и сверхпроводимость.
Американская группа из Аргоннской национальной лаборатории Минэнерго США, Университета штата Пенсильвания и Школы молекулярной инженерии Прицкера при Чикагском университете выяснила, как возникает сверхпроводимость в алмазе с добавками бора. Работа помогает понять, почему ток в таком материале при определенных условиях проходит без потерь, хотя чистый алмаз ведет себя совсем иначе.
Алмаз давно ценят в передовой электронике за твердость, прозрачность, устойчивость и очень высокую теплопроводность. Бор меняет электрическое поведение кристалла. Более 20 лет назад ученые показали, что легированный бором алмаз способен переходить в сверхпроводящее состояние, но физическая картина долго оставалась неполной.
Чтобы разобраться в механизме, исследователи вырастили тонкие алмазные пленки высокого качества с тщательно распределенными атомами бора. Внешне пленки выглядели однородными и кристаллически ровными, но измерения показали скрытую микроструктуру. Внутри материала возникала мозаика крошечных сверхпроводящих областей.
Ученые назвали такие области «лужами». Отдельные «лужи» постепенно соединяются друг с другом, и после образования связной сети электрический ток получает путь через алмаз без сопротивления. Для исследователей находка стала неожиданной, потому что структурно пленки не выглядели зернистыми или неоднородными.
Главная интрига работы в том, что сверхпроводящие области не зафиксированы навсегда. Их форму и поведение можно менять магнитным полем, температурой и электрическим током. Если инженеры научатся точнее управлять связями между такими областями, алмазные сверхпроводники смогут работать стабильнее и, возможно, при более высоких температурах.
Материал дает исследователям сразу несколько ручек настройки. Можно менять концентрацию бора, ориентацию кристалла, механическое напряжение и размерность структуры. По словам профессора Нитина Самартха из Университета штата Пенсильвания, новая работа дает надежную карту для проектирования алмазных сверхпроводников через независимую настройку базовых свойств материала.
Профессор Дэвид Ошалом из Чикагского университета считает, что открытие меняет подход к квантовым устройствам. Вместо раздельных материалов для разных функций инженеры смогут искать платформы, где полупроводниковое поведение и сверхпроводимость работают вместе. В перспективе такой подход может привести к квантовым устройствам на кристалле, которые проще связать с современной микроэлектроникой.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
