Los físicos de RIKEN han desarrollado un dispositivo electrónico que alberga estados inusuales de la materia, que algún día podría ser útil para la computación cuántica.
Cuando un material existe como una capa ultrafina (de uno o unos pocos átomos de espesor) tiene propiedades totalmente diferentes a las de muestras más gruesas del mismo material. Esto se debe a que confinar electrones a un plano 2D da lugar a estados exóticos. Debido a sus dimensiones planas y su amplia compatibilidad con las tecnologías de semiconductores existentes, estos materiales 2D son prometedores para aprovechar un nuevo fenómeno en dispositivos electrónicos.
Estos estados incluyen aisladores Hall de espín cuántico, que conducen electricidad a lo largo de sus bordes pero son eléctricamente aislantes en su interior. Estos sistemas, cuando se combinan con superconductividad, se han propuesto como una ruta hacia la ingeniería de estados superconductores topológicos que tienen aplicación potencial en futuras computadoras cuánticas topológicas.
Ahora, Michael Randle del Laboratorio de Dispositivos Avanzados de RIKEN, junto con compañeros de trabajo de RIKEN y Fujitsu, han creado una unión Josephson 2D con componentes activos enteramente a partir de un material conocido por ser un aislante Hall de espín cuántico. El trabajo está publicado en la revista Advanced Materials .
Una unión Josephson generalmente se realiza intercalando un material entre dos superconductores elementales. Por el contrario, Randle y su equipo fabricaron su dispositivo a partir de un único cristal de telururo de tungsteno monocapa 2D, que previamente se había demostrado que exhibía tanto un estado superconductor como un estado aislante de Hall de espín cuántico.
"Fabricamos la unión enteramente con telururo de tungsteno monocapa", dice Randle. "Lo hicimos explotando su capacidad de sintonizarse dentro y fuera del estado superconductor mediante puertas electrostáticas".
El equipo utilizó finas capas de paladio para conectarse a los lados de una capa de telururo de tungsteno rodeada y protegida por nitruro de boro. Pudieron observar un patrón de interferencia cuando midieron la respuesta magnética de la muestra, que es característica de una unión Josephson con cables superconductores 2D.
Si bien este estudio proporciona un marco para comprender la superconductividad compleja en sistemas 2D, se requiere más trabajo para identificar claramente la física más exótica que prometen los sistemas. El desafío es que el telururo de tungsteno es difícil de procesar en dispositivos debido a la rápida oxidación a los pocos minutos de su superficie en condiciones ambientales, lo que requiere que toda la fabricación se realice en un ambiente inerte.
"El siguiente paso implica la implementación de estructuras de puertas ultraplanas prediseñadas mediante el uso, por ejemplo, de pulido químico-mecánico", explica Randle. "Si esto se logra, esperamos formar uniones Josephson con geometrías adaptadas con precisión y utilizar nuestras técnicas experimentales de resonador de microondas de vanguardia para observar e investigar la apasionante naturaleza topológica de los dispositivos".
Más información: Michael D. Randle et al, Enlaces débiles de Josephson definidos por puerta en monocapa WTe2, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202301683
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por RIKEN
