Американские физики приблизились к созданию принципиально новых квантовых процессоров. Группа исследователей из Аргоннской национальной лаборатории, Университета штата Пенсильвания и Института молекулярной инженерии Притцкера при Чикагском университете раскрыла секрет возникновения сверхпроводимости в алмазах, легированных бором.
Алмаз привлекает ученых не только своей экстремальной твердостью, но и выдающейся теплопроводностью. Еще два десятилетия назад стало известно, что внедрение в кристаллическую решетку атомов бора превращает диэлектрик в сверхпроводник, способный передавать электрический ток без потерь. До настоящего момента природа этого процесса оставалась загадкой.
Тайные сверхпроводящие «лужи»
В ходе эксперимента ученые вырастили сверхтонкие алмазные пленки с равномерной концентрацией бора и провели их детальный структурный анализ. Исследование показало, что внутри материала, который кажется однородным, возникают крошечные зоны со сверхпроводящими свойствами. Авторы работы окрестили их «сверхпроводящими лужами».
Как выяснилось, при изменении внешних параметров эти «лужи» способны расширяться и объединяться, формируя единую связную сеть для свободного протекания тока.
Управление свойствами материала
Исследователи установили, что параметры этих зон поддаются внешнему воздействию. На их размер и общую конфигурацию влияют следующие факторы:
- температурный режим;
- интенсивность магнитного поля;
- сила протекающего электрического тока;
- концентрация внедренного бора;
- геометрическая толщина алмазной пленки.
Возможность точечной настройки этих параметров открывает путь к созданию материалов с заданными характеристиками для специфических нужд.
Перспективы для квантовых технологий
Ключевой прикладной потенциал открытия связан с разработкой квантовых систем «на кристалле». Если современные устройства требуют объединения множества разнородных материалов для работы классической и квантовой электроники, то алмаз может объединить эти функции в одном кристалле.
Ученые уверены, что открытие поможет в разработке компактных квантовых процессоров и сверхчувствительных датчиков, которые будут гораздо легче интегрироваться с привычной кремниевой электроникой.
