Praktycznie każde urządzenie elektroniczne zawiera półprzewodniki, będące podstawą nowoczesnych układów scalonych. Naukowcy odkryli jednak sposób na przekształcenie ich w nadprzewodniki. Elektronika może być jeszcze lepsza.
Międzynarodowy zespół naukowców dokonał czegoś, co przez dekady wydawało się niemal niemożliwe – stworzył formę germanu, która wykazuje właściwości nadprzewodzące. Oznacza to, że materiał ten potrafi przewodzić prąd elektryczny bez żadnych strat energii. O odkryciu poinformowano na łamach prestiżowego czasopisma Nature Nanotechnology.
Połączone wysiłki badaczy z Nowojorskiego Uniwersytetu, Uniwersytetu Queensland, ETH Zurich oraz Uniwersytetu Stanowego Ohio zaowocowały w opracowanie nowej metody modyfikacji struktury atomowej germanu, powszechnie stosowanego w produkcji chipów i światłowodów. Dzięki precyzyjnemu procesowi wzrostu kryształów udało się uzyskać materiał, który zachowuje stabilność, a jednocześnie umożliwia swobodny przepływ elektronów bez oporu elektrycznego.
Od półprzewodnika do nadprzewodnika
German i krzem należą do tzw. pierwiastków grupy IV, charakteryzujących się strukturą diamentopodobną. To materiały, które w zależności od modyfikacji mogą zachowywać się zarówno jak metale, jak i izolatory. Od lat stanowią podstawę produkcji mikroprocesorów, jednak do tej pory ich przekształcenie w nadprzewodniki pozostawało poza zasięgiem technologii.
Zespół badaczy osiągnął sukces, stosując proces znany jako domieszkowanie (ang. doping), w którym do germanu wprowadzono duże ilości gallium, będącego miękkim pierwiastkiem, używanym powszechnie w elektronice. Zwykle tak wysoki poziom domieszkowania prowadzi do destabilizacji kryształu, jednak naukowcy opracowali nowatorską metodę jego kontrolowanego wbudowania w strukturę materiału.
Zamiast tradycyjnej implantacji jonowej, wykorzystano technikę molekularnej epitaksji z wiązki (molecular beam epitaxy), która pozwala na wzrost ultracienkich warstw kryształu z atomową precyzją. Dzięki temu gallium zastąpiło część atomów germanu, nie niszcząc całej sieci krystalicznej. Efekt? Stabilny materiał, który przewodzi prąd bez żadnych strat energii w temperaturze 3,5 Kelvina, potwierdzając, że german stał się nadprzewodnikiem.
Nowy rodzaj germanu, określany przez badaczy jako super-Ge, może znaleźć zastosowanie w tzw. złączach Josephsona, będących fundamentem współczesnych urządzeń kwantowych. Dzięki nowemu procesowi wytwarzania można je tworzyć w milionach egzemplarzy na poziomie wafla krzemowego, co czyni tę technologię realnie przystosowaną do produkcji przemysłowej.
Grafika: depositphotos.com
