Kvanttitoimintoja puolijohdetekniikkaan

10.01.2022

Paul-Sherrer-Institut-Cornell-_supra-ja-puolijohde-250-t.jpgPuolijohde galliumnitridissä (GaN) oleva kaista erottuu selvästi suprajohtavista tiloista (vaaleansiniset pisteviivat) niobiumnitridissä (NbN). Tämä tarkoittaa, että näiden kahden materiaalin ratkaisevat elektronit eivät häiritse toisiaan.

Suurempi kuva

Suprajohteiden kvanttivaikutukset voivat antaa puolijohdeteknologialle uuden käänteen.

Paul Scherrer Institute PSI:n ja New Yorkin osavaltion Cornellin yliopiston tutkijat ovat tunnistaneet komposiittimateriaalin, joka voisi integroida kvanttirakenteita puolijohdeteknologiaan tehden elektronisista komponenteista huomattavasti tehokkaampia.

Löytääkseen mahdollisia seuraajia nykypäivän puolijohde-elektroniikkaan jotkut tutkijat – mukaan lukien Cornellin yliopiston ryhmä – tutkivat suprajohtavien ja puolijohtavien materiaalien kerrostettuja järjestelmien heteroliitoksia.

Kaksi sopivaa materiaalia tässä suhteessa ovat suprajohtava niobiumnitridi (NbN) ja puolijohdegalliumnitridi (GaN). Toistaiseksi on kuitenkin ollut epäselvää, miten elektronit käyttäytyvät näiden kahden materiaalin kosketusrajapinnassa - ja onko mahdollista, että puolijohteen elektronit häiritsevät suprajohtavuutta ja siten pilaavat kvanttivaikutukset.

Näiden kahden ryhmän yhteistyö PSI:n SX-ARPES-tutkimuslaitteilla toi esiin, että molemmissa materiaaleissa olevat elektronit pysyvät ominaan. Ei-toivottua vuorovaikutusta, joka voisi mahdollisesti pilata kvanttivaikutukset, ei tapahtunut.

Tutkimusmenetelmällämme saatoimme visualisoida materiaalissa olevien elektronien kollektiivisen liikkeen", selittää NbN/GaN-heterorakenteen mittaukset suorittanut post doc -tutkija Tianlun Yu.

"Meille tärkein johtopäätös on, että niobiumnitridin suprajohtavuus pysyy häiriintymättömänä, vaikka tämä sijoitettaisiin atomi atomilta vastaamaan galliumnitridikerrosta", sanoo tutkijaryhmän vetäjä Vladimir Strocov. "Tämän avulla pystyimme tarjoamaan palapelin osan, joka vahvistaa että tällainen kerrosjärjestelmä voisi itse asiassa soveltua uudelle puolijohde-elektroniikan muodolle, joka upottaa ja hyödyntää suprajohteissa tapahtuvia kvanttivaikutuksia."

Juuri millään tavallisen elektroniikan piirikomponenteilla ei ole suprajohtavaa vastinetta.

Paul-Sherrer-Institut-Cornell-Regensburg-250-t.jpgMutta Regensburgin yliopiston tutkijoiden ryhmä yhteistyössä Purduen yliopiston ja Microsoft Quantum Purdue USA:n työtovereiden kanssa ovat osoittaneet kuinka spin-kiertoradan vuorovaikutus voi muuttaa Josephson-liitoksen supravirtadiodiksi, jossa virta kulkee esteettömästi vain yhteen suuntaan, jonka magneettikenttä valitsee.

Suprajohtavan diodin esittely avaa tien sellaisten piirikomponenttien toteuttamiselle, jotka ovat täysin resistanssittomia. Tällaiset komponentit voivat olla pohjana uuden sukupolven elektronisille piireille, jotka eivät tuhlaa energiaa eikä niissä tarvitse kamppailla hukkalämmön kanssa.

Aiheista aiemmin:

Epätavallinen suprajohde kvanttilaskennan alustaksi?

Muisteja erittäin kylmään laskentaan

27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä

Siirry arkistoon »