Физики превратили обычный полупроводник в сверхпроводник

Ученые совершили прорыв, который может кардинально изменить будущее электроники: им удалось превратить германий — материал, широко используемый в компьютерных чипах и оптоволокне — в сверхпроводник.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Десятилетиями ученые пытались создать материалы, которые одновременно были бы полупроводниками, то есть основой современной электроники, и сверхпроводниками. Сверхпроводники способны проводить электричество с нулевым сопротивлением — ток в них может циркулировать бесконечно, не теряя свою энергию. Представьте батарейку, которая никогда не разряжается, или компьютер, который не нагревается при работе. Проблема в том, что заставить обычные полупроводники, например, кремний или германий, стать сверхпроводящими материалами чрезвычайно сложно.

«Создание сверхпроводимости в германии, который уже широко используется в компьютерных чипах и волоконной оптике, может стать основой для настоящей революции во множестве потребительских продуктов и промышленных технологий», — объясняет Джавад Шабани, физик из Нью-Йоркского университета и директор Центра квантовой информационной физики.

Секрет успеха заключался в особой технологии. Ученые насытили тонкие пленки германия атомами галлия — мягкого металла, часто используемого в электронике. Этот процесс называется легированием. Обычно высокая концентрация галлия разрушает кристаллическую структуру германия, но физики использовали метод молекулярно-лучевой эпитаксии — сверхточный способ выращивания кристаллических слоев атом за атомом.

«Используя эпитаксию — выращивание тонких кристаллических слоев — мы наконец достигли структурной точности, необходимой для понимания и контроля того, как возникает сверхпроводимость в этих материалах», — поясняет Джулиан Стил, физик из Университета Квинсленда и соавтор исследования.

Правда, есть одно «но»: сверхпроводимость в германии проявляется только при температуре 3,5 Кельвина — это около минус 270 градусов Цельсия, почти абсолютный ноль. Но даже при таких экстремальных условиях открытие имеет огромное значение.

Питер Джейкобсон из Университета Квинсленда отмечает, что сверхпроводящие материалы могут стать основой будущих квантовых схем, сенсоров и криогенной электроники с низким энергопотреблением. «Германий уже является рабочей лошадкой для передовых полупроводниковых технологий, поэтому демонстрация того, что он также может стать сверхпроводником при контролируемых условиях, открывает возможности для создания масштабируемых квантовых устройств, готовых к производству», — говорит он.

Это открытие может привести к разработке компьютеров нового поколения, работающих на квантовых принципах, а также сверхэффективных электронных устройств с минимальным энергопотреблением.

Ранее ученые разработали принципиально новый источник света — лазер без зеркал.

Поделиться