Ученые давно стремятся создать полупроводники, такие как кремний и германий со сверхпроводимостью. Это могло бы революционизировать компьютерные чипы, солнечные батареи и квантовые технологии, повысив скорость и энергоэффективность. Однако поддержание нужной атомной структуры оставалось сложной задачей.
В журнале Nature Nanotechnology международная команда ученых представила сверхпроводящий германий. Материал проводит ток бесконечно без потерь энергии, работая при 3,5 Кельвина.
«Это может изменить множество товаров и технологий, от квантовых схем до датчиков», — говорит физик Джавад Шабани из Нью-Йоркского университета.
Германий — элемент IV группы, алмазоподобный кристалл. Сверхпроводимость достигается за счет изменения структуры: добавления галлия (легирования). Обычно высокое содержание галлия дестабилизирует кристалл, но ученые применили молекулярно-лучевую эпитаксию — точный метод выращивания слоев, где атомы галлия заменяют германий, слегка деформируя решетку, но сохраняя стабильность.
«Эпитаксия позволяет контролировать процесс на атомном уровне», — отмечает Джулиан Стил из Квинслендского университета.
Это открывает путь к масштабируемым квантовым устройствам на базе германия, уже широко используемого в электронике.
Структуры джозефсоновских переходов — квантовые устройства, состоящие из двух сверхпроводников и тонкого не сверхпроводящего барьера, — в которых используются различные формы германия (Ge): сверхпроводящий Ge (в золоте), полупроводниковый Ge (в синем) и сверхпроводящий Ge в масштабе пластины. С помощью этого нового набора материалов можно создать миллионы пикселей джозефсоновских переходов (площадью 10 микрометров). На врезке показана кристаллическая форма сверхпроводящего Ge на той же матрице полупроводникового Ge — ключевого элемента кристаллического джозефсоновского перехода. Фото: Патрик Стробин / Нью-Йоркский университет.
Дополнительная информация: Superconductivity in substitutional Ga-hyperdoped Ge epitaxial thin films, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02042-8
Источник: https://phys.org/news/2025-10-scientists-semiconductor-superconducting.html