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Investigadores de la Universidad de Tokio cultivan una capa a nanoescala de un material superconductor sobre un sustrato semiconductor de nitruro, lo que podría ayudar a facilitar la integración de qubits cuánticos en la microelectrónica existente CREDIT Institute of Industrial Science, The University of Tokyo |
Resumen:
Las computadoras que pueden usar las propiedades «espeluznantes» de la mecánica cuántica para resolver problemas más rápido que la tecnología actual pueden sonar atractivas, pero primero tienen que superar una gran desventaja. Los científicos de Japón pueden haber encontrado la respuesta al demostrar cómo un material superconductor, el nitruro de niobio, se puede agregar como una capa cristalina plana a un sustrato semiconductor de nitruro. Este proceso puede conducir a la fabricación sencilla de qubits cuánticos que se conectan a dispositivos informáticos tradicionales.
Actualice su computadora a Quantum
Tokio, Japón | Publicado el 23 de septiembre de 2022
Los procesos para la fabricación de microprocesadores de silicio convencionales han madurado durante décadas y se desarrollan y mejoran constantemente. Por el contrario, la mayoría de las arquitecturas de computación cuántica deben diseñarse en gran medida desde cero. Sin embargo, encontrar una manera de agregar capacidades cuánticas a las líneas de fabricación existentes, o incluso integrar dispositivos lógicos cuánticos y convencionales en un solo chip, podría acelerar significativamente la adopción de estos nuevos sistemas.
Ahora, un equipo de investigación del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio ha demostrado cómo se pueden cultivar películas delgadas de nitruro de niobio (NbNx) directamente sobre una capa de nitruro de aluminio (AlN). El nitruro de niobio puede volverse superconductor a temperaturas por debajo de los 16 grados por encima del cero absoluto. Como resultado, se puede usar para hacer un qubit superconductor cuando se coloca en una estructura llamada unión Josephson. Los científicos estudiaron la influencia de la temperatura en las estructuras cristalinas y las propiedades eléctricas de las películas delgadas de NbNx cultivadas en sustratos molde de AlN. Demostraron que el espaciado de los átomos en los dos materiales era lo suficientemente compatible como para crear láminas planas. «Descubrimos que debido al pequeño desajuste de la red entre el nitruro de aluminio y el nitruro de niobio, una capa altamente cristalina podría crecer en la interfaz», dice el primer autor y autor correspondiente Atsushi Kobayashi.
La cristalinidad del NbNx se caracterizó por difracción de rayos X y la topología de la superficie se registró por microscopía de fuerza atómica. Además, se comprobó la composición química mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X. El equipo mostró cómo la disposición de los átomos, el contenido de nitrógeno y la conductividad eléctrica dependen de las condiciones de crecimiento, en particular de la temperatura. «La similitud estructural entre los dos materiales facilita la integración de superconductores en dispositivos semiconductores optoelectrónicos», dice Atsushi Kobayashi.
Además, la interfaz nítidamente definida entre el sustrato AlN, que tiene una banda prohibida ancha, y NbNx, que es un superconductor, es esencial para futuros dispositivos cuánticos como las uniones de Josephson. Solo unos pocos nanómetros de espesor y capas superconductoras altamente cristalinas pueden usarse como detectores de fotones o electrones individuales.
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Marcador:
El trabajo está publicado en Advanced Materials Interfaces como «Crecimiento epitaxial controlado por fase cristalina de supraconductores NbNx en semiconductores AlN de banda ancha ancha» (DOI: 10.1002/admi.202201244):
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