I computer che possono utilizzare le proprietà "spettrali" della meccanica quantistica per risolvere i problemi più velocemente della tecnologia attuale possono sembrare allettanti, ma prima devono superare un enorme svantaggio. Scienziati dal Giappone potrebbero aver trovato la risposta attraverso la loro dimostrazione di come un materiale superconduttore, il nitruro di niobio, può essere aggiunto a un substrato semiconduttore di nitruro come uno strato piatto e cristallino. Questo processo può portare alla facile produzione di qubit quantistici collegati a dispositivi informatici convenzionali.

I processi utilizzati per la produzione di microprocessori al silicio convenzionali sono maturati nel corso di decenni e vengono costantemente perfezionati e migliorati. Al contrario, la maggior parte delle architetture di calcolo quantistico deve essere progettata principalmente da zero. Tuttavia, trovare un modo per aggiungere capacità quantistiche alle linee di fabbricazione esistenti, o persino integrare unità logiche quantistiche e convenzionali in un unico chip, potrebbe essere in grado di accelerare notevolmente l'adozione di questi nuovi sistemi.

Ora, un team di ricercatori dell'Istituto di Scienze Industriali dell'Università di Tokyo ha mostrato come film sottili di nitruro di niobio (NbN_x ) possono essere coltivate direttamente sopra uno strato di nitruro di alluminio (AlN). Il nitruro di niobio può diventare superconduttore a temperature inferiori a circa 16 gradi sopra lo zero assoluto. Di conseguenza, può essere utilizzato per creare un qubit superconduttore quando disposto in una struttura chiamata giunzione Josephson.

Gli scienziati hanno studiato l'impatto della temperatura sulle strutture cristalline e sulle proprietà elettriche di NbN_x film sottili cresciuti su substrati modello AlN. Hanno mostrato che la spaziatura degli atomi nei due materiali era sufficientemente compatibile da produrre strati piatti. "Abbiamo scoperto che a causa della piccola discrepanza del reticolo tra nitruro di alluminio e nitruro di niobio, uno strato altamente cristallino potrebbe crescere all'interfaccia", afferma il primo e corrispondente autore Atsushi Kobayashi.

La cristallinità di NbN_x è stato caratterizzato con diffrazione di raggi X e la topologia della superficie è stata catturata utilizzando la microscopia a forza atomica. Inoltre, la composizione chimica è stata verificata mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi X. Il team ha mostrato come la disposizione degli atomi, il contenuto di azoto e la conduttività elettrica dipendessero tutti dalle condizioni di crescita, in particolare dalla temperatura. "La somiglianza strutturale tra i due materiali facilita l'integrazione dei superconduttori nei dispositivi optoelettronici a semiconduttore", afferma Atsushi Kobayashi.

Inoltre, l'interfaccia nettamente definita tra il substrato AlN, che ha un'ampia banda proibita, e NbN_x , che è un superconduttore, è essenziale per i futuri dispositivi quantistici, come le giunzioni Josephson. Strati superconduttori spessi solo pochi nanometri e alta cristallinità possono essere usati come rivelatori di singoli fotoni o elettroni.

Il lavoro è pubblicato in Advanced Materials Interfaces come "Crescita epitassiale controllata in fase cristallina di NbN_x superconduttori su semiconduttori AlN a banda larga." + Esplora ulteriormente

Qubit superconduttore interamente in nitruro realizzato su un substrato di silicio