Ученые случайно обнаружили внутри алмазов скрытые области сверхпроводимости

Группа американских физиков, объединившая специалистов из Аргоннской национальной лаборатории, Университета штата Пенсильвания и Института молекулярной инженерии Притцкера, вплотную приблизилась к созданию высокоэффективных квантовых процессоров нового поколения. Ключом к успеху стало раскрытие природы сверхпроводимости в алмазах, легированных бором.

Алмаз ценится инженерами не только за непревзойденную твердость, но и за исключительную теплопроводность. Еще два десятилетия назад стало известно, что внедрение бора наделяет этот диэлектрик уникальным свойством — способностью проводить ток с нулевым сопротивлением. До последнего времени физический механизм этого процесса оставался предметом научных дискуссий.

В ходе экспериментов исследователи проанализировали структуру специально синтезированных алмазных пленок. Выяснилось, что внутри материала, кажущегося однородным, возникают локальные сверхпроводящие домены, названные учеными «лужами». При изменении внешних параметров эти зоны расширяются и объединяются, формируя единую связную сеть.

Выяснилось, что этот процесс поддается тонкой настройке: на конфигурацию и динамику таких доменов можно воздействовать с помощью изменения температуры, напряженности магнитного поля, плотности тока, концентрации примесей и геометрических параметров пленки. Такая управляемость позволяет кастомизировать материал под специфические нужды.

Фундаментальная значимость исследования заключается в возможности реализации систем «квант на кристалле». Использование алмаза позволяет отказаться от сложной интеграции разнородных материалов, объединяя полупроводниковые и сверхпроводящие компоненты в рамках одной кристаллической структуры.

По мнению авторов работы, этот подход станет фундаментом для разработки миниатюрных квантовых процессоров и сверхчувствительных сенсоров, которые можно будет без труда адаптировать для работы в связке с традиционной кремниевой микроэлектроникой.

Источник: iXBT