Учёные впервые добились перехода германия, ключевого полупроводника, используемого в компьютерных чипах и волоконной оптике, в сверхпроводящее состояние. Этот прорыв открывает путь к созданию более быстрой и энергоэффективной электроники, а также предоставляет новые возможности для развития квантовых технологий.
Международная группа исследователей из Нью-Йоркского университета, Квинслендского университета и других институтов создала форму германия, которая проводит электричество без сопротивления при температуре 3,5 Кельвина.
Специалисты десятилетиями пытались сделать полупроводники, такие как кремний и германий, сверхпроводящими. Это позволило бы электрическому току течь практически бесконечно без потерь энергии, что значительно повысило бы скорость и эффективность электронных устройств. Однако достижение правильной атомной структуры и поведения электронов в этих материалах долгое время оставалось сложной задачей.
Команда добилась успеха, введя в кристаллическую решётку германия галлий — более мягкий элемент, часто используемый в электронике, — в процессе, известном как легирование. Обычно избыток галлия делает материал нестабильным, разрушая его кристаллическую структуру и препятствуя сверхпроводимости. Исследователи преодолели это препятствие, используя метод молекулярно-лучевой эпитаксии — точную технологию выращивания ультратонких кристаллических слоёв. Этот подход позволил атомам галлия замещать атомы германия в необычно высоких концентрациях, сохраняя при этом стабильную структуру. Передовой рентгеновский анализ подтвердил, что, хотя форма кристалла незначительно изменилась, он остался стабильным и способным проводить электричество без сопротивления.
Сверхпроводящий германий может преобразовать технологии, которые зависят от бесшовных соединений между полупроводящими и сверхпроводящими областями, такие как квантовые схемы, датчики и криогенная электроника. Учёные подчёркивают, что эта работа демонстрирует, как модификация кристаллических структур может раскрывать новые электронные свойства в широко используемых материалах, открывая потенциал для создания масштабируемых квантовых устройств, готовых к промышленному производству.