Investigadores de la Universidad de Tokio cultivan una capa a nanoescala de un material superconductor sobre un sustrato de nitruro-semiconductor, lo que puede ayudar a facilitar la integración de qubits cuánticos con la microelectrónica existente. Crédito:Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio
Las computadoras que pueden hacer uso de las propiedades "espeluznantes" de la mecánica cuántica para resolver problemas más rápido que la tecnología actual pueden sonar atractivas, pero primero deben superar una gran desventaja. Los científicos de Japón pueden haber encontrado la respuesta a través de su demostración de cómo un material superconductor, el nitruro de niobio, se puede agregar a un sustrato semiconductor de nitruro como una capa cristalina plana. Este proceso puede conducir a la fabricación sencilla de qubits cuánticos conectados con dispositivos informáticos convencionales.
Los procesos utilizados para fabricar microprocesadores de silicio convencionales han madurado durante décadas y se refinan y mejoran constantemente. Por el contrario, la mayoría de las arquitecturas de computación cuántica deben diseñarse principalmente desde cero. Sin embargo, encontrar una manera de agregar capacidades cuánticas a las líneas de fabricación existentes, o incluso integrar unidades lógicas cuánticas y convencionales en un solo chip, podría acelerar enormemente la adopción de estos nuevos sistemas.
Ahora, un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio ha demostrado cómo las películas delgadas de nitruro de niobio (NbNx ) se puede cultivar directamente sobre una capa de nitruro de aluminio (AlN). El nitruro de niobio puede volverse superconductor a temperaturas inferiores a unos 16 grados por encima del cero absoluto. Como resultado, se puede usar para hacer un qubit superconductor cuando se organiza en una estructura llamada unión de Josephson.
Los científicos investigaron el impacto de la temperatura en las estructuras cristalinas y las propiedades eléctricas de NbNx películas delgadas cultivadas en sustratos de plantilla de AlN. Demostraron que el espaciado de los átomos en los dos materiales era lo suficientemente compatible como para producir capas planas. "Descubrimos que, debido al pequeño desajuste de la red entre el nitruro de aluminio y el nitruro de niobio, podría crecer una capa altamente cristalina en la interfaz", dice el primer autor correspondiente Atsushi Kobayashi.
La cristalinidad del NbNx se caracterizó con difracción de rayos X y la topología de la superficie se capturó mediante microscopía de fuerza atómica. Además, la composición química se comprobó mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X. El equipo mostró cómo la disposición de los átomos, el contenido de nitrógeno y la conductividad eléctrica dependían de las condiciones de crecimiento, especialmente de la temperatura. "La similitud estructural entre los dos materiales facilita la integración de superconductores en dispositivos semiconductores optoelectrónicos", dice Atsushi Kobayashi.
Además, la interfaz nítidamente definida entre el sustrato AlN, que tiene una banda prohibida amplia, y NbNx , que es un superconductor, es esencial para futuros dispositivos cuánticos, como las uniones de Josephson. Las capas superconductoras que tienen solo unos pocos nanómetros de espesor y alta cristalinidad se pueden usar como detectores de fotones o electrones individuales.
El trabajo está publicado en Advanced Materials Interfaces como "Crecimiento epitaxial controlado en fase cristalina de NbNx superconductores en semiconductores AlN de ancho de banda prohibida". + Explore más
