Bir veya birkaç atom kalınlığındaki süper ince süper iletken malzemeler, bilim insanlarının daha kompakt, ölçeklenebilir ve verimli kuantum cihazları üretmek için faydalanabileceği benzersiz özelliklere sahiptir. Ancak bu kırılgan malzemeler havada o kadar hızlı bozulur ki, incelenmesi veya üretilmesi zordur.
Şimdi, MIT ve diğer yerlerden araştırmacılar, havada stabil kalan büyük, homojen bir ultrathin süper iletken malzeme alanı üretmek için bir yöntem keşfetmiş ve bunu kullanıma sokmuştur.
Bu süper iletken malzeme, niobyum diselenid olarak adlandırılır ve başka bir atomik ince malzeme olan karbon bazlı grafenin altında "büyütülür". Grafen tabakası, kırılgan süper iletkeni oksidasyondan korurken, büyük bir wafer ölçeğinde düzgün bir tabaka halinde büyümesini yönlendirir.
Araştırmacılar, bu hava stabil süper iletkeni bir süper iletken mikrodalga devresine entegre ettiler. Test edildiğinde, malzeme süper iletkenlik özelliklerini korudu ve birçok kuantum cihazı için bir kaynak olan yüksek kinetik endüktans sergiledi.
Uzun vadede, bu gelişme süper iletken kuantum bilgisayar donanımının miniaturizasyonuna ve iletişim veya kozmoloji için ultra hassas kuantum dedektörleri gibi teknolojilere yardımcı olabilir.
“Sadece bir monolayer kalınlığında olan yeni süper iletkenlerin büyük bir potansiyeli var. Yeni sürecimiz sayesinde, artık yalnızca çok küçük ölçeklerde üretilebilen malzemeler değiller. Bilim insanlarının bu malzemeleri incelemesi, devrelerde kullanması ve pratik uygulamalarını keşfetmesi için heyecan verici fırsatlar var,” diyor ortak yazar Xudong Sheldon Zheng, MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri (EECS) bölümünde yüksek lisans öğrencisi.
Yazıda, ortak yazarlar EECS yüksek lisans öğrencisi Sameia Zaman SM ’24 ve MIT Elektronik Araştırma Laboratuvarı (RLE) yeni postdoktoru Kenan Zhang ile birlikte; ilgili yazarlar EECS'in Henry Ellis Warren (1894) Profesörü ve fizik profesörü William D. Oliver, Kuantum Mühendisliği Merkezi'nin direktörü ve RLE'nin yardımcı direktörü; New York Üniversitesi'nden yardımcı profesör Joel Î-j. Wang; ve MIT'de Mühendislikte Jerry Mcafee (1940) Profesörü ve RLE üyesi Jing Kong; ayrıca MIT ve Lincoln Laboratuvarı, Rice Üniversitesi, Yale Üniversitesi ve Güney Kore'deki Pohang Üniversitesi'nden diğerleri bulunmaktadır. Araştırma bugün Nature dergisinde yayımlanmıştır.
Güçlü özellikler
Süper iletkenler, elektriği direnç olmadan iletebilen malzemelerdir ve bazı kuantum cihazları için gereklidir.
İki boyutlu süper iletken malzemeler, yalnızca birkaç atom kalınlığında olmalarına rağmen süper iletkenlik özelliklerini korurlar. Bu malzemeler, süper iletken devrelerin miniaturizasyonu vaadini taşır.
Niobyum diselenid, her iki tarafında tek bir selenyum atomu katmanı ile sıkıca paketlenmiş tek bir niobyum atomu katmanından oluşan ultrathin bir süper iletken olup, çok yüksek kinetik endüktansa sahiptir, araştırma ekibinin üyeleri yakın zamanda bildirmiştir.
Bu, malzemenin çok küçük bir alanda büyük miktarda endüktif enerji depolamasını sağlar. Küçük bir form faktöründe büyük kinetik endüktans, birçok kuantum cihazında arzu edilen bir tasarım unsurudur.
Büyük bir kinetik endüktans elde etmenin yaygın bir yaklaşımı, Josephson bağlantıları adı verilen bir dizi cihazı bir araya getirmektir.
Eğer bilim insanları, yeterince büyük kinetik endüktansa sahip ince niobyum diselenid gibi malzemeleri bir kuantum devresine entegre edebilirse, büyük elektronik bağlantı alanlarını küçük bir ince film malzemesi parçasıyla değiştirebilirler ve devreyi daha kompakt hale getirebilirler. Ancak niobyum diselenid havada hızla bozulduğundan, bilim insanları wafer ölçeğinde cihazları güvenilir bir şekilde üretememiştir. Bunun yerine, küçük pul parçaları veren eksfoliasyon tekniklerine güvenmektedirler. Ayrıca, araştırmacılar, homojen monolayer kalınlığında malzeme büyütmekte zorluk yaşamışlardır. Sonuç olarak, özelliklerini tam olarak incelemek veya
