Физики случайно нашли внутри алмазов тайные «сверхпроводящие лужи»
Американские учёные сделали важный шаг к созданию более совершенных квантовых процессоров. Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории, Университета штата Пенсильвания и Института молекулярной инженерии Притцкера при Чикагском университете выяснили, как именно возникает сверхпроводимость в алмазе, легированном бором.
Изображение: Университет штата ПенсильванияАлмаз давно интересует инженеров не только как самый твёрдый материал, но и благодаря рекордной теплопроводности. Более двадцати лет назад учёные обнаружили, что добавление атомов бора превращает его из изолятора в сверхпроводник, способный проводить электрический ток без сопротивления. Однако механизм этого явления до сих пор оставался не до конца понятным.
Для исследования физики создали тонкие алмазные плёнки с равномерным распределением бора и изучили их структуру. Неожиданно оказалось, что внутри внешне однородного материала формируются микроскопические сверхпроводящие области, которые исследователи назвали «лужами». По мере изменения условий эти области могут увеличиваться и соединяться между собой, образуя непрерывную сверхпроводящую сеть.
Учёные также выяснили, что поведением таких областей можно управлять. На их размер и распределение влияют температура, магнитное поле, электрический ток, концентрация бора и даже толщина алмазной плёнки. Это открывает возможность целенаправленно настраивать свойства материала под конкретные задачи.
Главный практический результат работы заключается в перспективе создания так называемых квантовых систем на кристалле. В отличие от современных решений, где приходится объединять разные материалы для классической и квантовой электроники, алмаз потенциально способен совмещать полупроводниковые и сверхпроводящие свойства в одной структуре.
По мнению исследователей, в будущем это позволит создавать более компактные квантовые процессоры, датчики и другие устройства, которые будут проще интегрировать с существующей кремниевой электроникой.
© iXBT
