Исследователи демонстрируют принципы проектирования подложек для сверхпроводящих квантовых материалов.
Силициды — сплавы кремния и металлов, которые давно используются в микроэлектронике, — вновь изучаются для применения в квантовом оборудовании. Однако их использование сталкивается с серьёзной проблемой: достижением фазовой чистоты, поскольку некоторые фазы силицидов являются сверхпроводящими, а другие — нет.
Исследование
Исследование, опубликованное в журнале Applied Physics Letters Школой инженерии Тандона Нью-Йоркского университета (NYU Tandon School of Engineering) и Брукхейвенской национальной лабораторией, показывает, как выбор подложки влияет на формирование фаз и стабильность межфазных границ в сверхпроводящих плёнках ванадиевого силицида. В работе представлены рекомендации по проектированию для улучшения качества материалов.
Материал исследования
Команда под руководством профессора Школы инженерии Тандона Давуда Шарджерди сосредоточилась на ванадиевом силициде — материале, который становится сверхпроводящим (способным проводить электричество без сопротивления) при охлаждении ниже температуры перехода в 10 кельвинов, или около −263 °C. Относительно высокая температура перехода делает его привлекательным для квантовых устройств, работающих при температурах выше обычных милликельвинов.
Результаты исследования
Исследователи разработали кристаллические подложки из диоксида гафния и сравнили их со стандартными диоксидом кремния в идентичных условиях обработки. Диоксид гафния обеспечил большую химическую стабильность и подавил нежелательные вторичные фазы, хотя и деградировал при самых высоких температурах обработки.
«Достижение сверхпроводящих плёнок с фазовой чистотой требует тщательного внимания к границе раздела подложка-плёнка», — сказал Шарджерди. «Наши результаты показывают, что проектирование подложек является неотъемлемой частью процесса синтеза».
Химическая стабильность диоксида гафния оказалась решающей для поддержания качества плёнки во время обработки. Наиболее интересно то, что изображения с атомным разрешением показали, что кристаллическая структура диоксида гафния может влиять на ориентацию и выбор фаз вышележащих зёрен силицида, указывая на возможные эффекты шаблонирования, которые могут обеспечить селективное зарождение фаз.
Исследование даёт фундаментальное представление, которое выходит за рамки ванадиевых силицидов и распространяется на другие сверхпроводящие системы силицидов. Выявленные принципы — химическая инертность, термическая стабильность и структурный порядок — предлагают рекомендации по проектированию подложек для квантовых устройств следующего поколения.
«Эти результаты дополняют нашу недавнюю работу по методам физического структурирования», — отметил Шарджерди. «Вместе они расширяют возможности проектирования квантового оборудования».
Источник: [NYU Tandon School of Engineering](https://phys.org/partners/nyu-tandon-school-of-engineering/).