Компьютеры, которые могут использовать невероятные свойства квантовой механики для решения проблем быстрее, чем существующие технологии, могут показаться привлекательными, но сначала они должны преодолеть серьезное препятствие. Ученые из Японии, возможно, нашли решение, продемонстрировав, как сверхпроводящий материал, нитрид ниобия, может быть добавлен в виде плоского кристаллического слоя на нитрид-полупроводниковую подложку. Этот метод может упростить производство квантовых кубитов, которые можно использовать с обычными компьютерными устройствами.
Обычные технологии производства кремниевых микропроцессоров развивались десятилетиями и постоянно совершенствуются и совершенствуются. С другой стороны, большинство архитектур квантовых вычислений приходится создавать в основном с нуля. Однако открытие метода интеграции квантовых и обычных логических блоков на одном кристалле или даже добавление квантовых возможностей к существующим производственным линиям может значительно ускорить внедрение этих новых систем.
Недавно группа ученых из Института промышленных наук Токийского университета продемонстрировала, как тонкие пленки нитрида ниобия (NbNx) могут расти непосредственно поверх слоя нитрида алюминия (AlN). Нитрид ниобия может становиться сверхпроводящим при температурах ниже 16 градусов Цельсия выше абсолютного нуля. Из-за этого его можно использовать для создания сверхпроводящего кубита, когда он расположен в структуре, называемой джозефсоновским переходом.
Ученые исследовали влияние температуры на кристаллическую структуру и электрические свойства тонких пленок NbNx , выращенных на подложках-шаблонах из AlN. Они показали, что расстояние между атомами в двух материалах достаточно совместимо для создания плоских слоев.
Кристалличность NbNx была охарактеризована с помощью рентгеновской дифракции, а топология поверхности была зафиксирована с помощью атомно-силовой микроскопии. Кроме того, химический состав проверяли с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Команда показала, как расположение атомов, содержание азота и электропроводность зависят от условий роста, особенно от температуры.
Авторы работы говорят, что структурное сходство между двумя материалами облегчает интеграцию сверхпроводников в полупроводниковые оптоэлектронные устройства. Более того, четко очерченная граница раздела между подложкой AlN, которая имеет широкую запрещенную зону, и NbN x , который является сверхпроводником, необходима для будущих квантовых устройств, таких как джозефсоновские контакты. Сверхпроводящие слои толщиной всего несколько нанометров и с высокой кристалличностью можно использовать в качестве детекторов одиночных фотонов или электронов.