Физики сделали неожиданное открытие: сверхпроводящие лужи в алмазах

Сверхпроводник и полупроводник «в одном флаконе»

Американские исследователи сделали значительный прогресс в разработке более совершенных квантовых процессоров. Ученые из Аргоннской национальной лаборатории, Университета штата Пенсильвания и Института молекулярной инженерии Притцкера при Чикагском университете выяснили, как именно возникает сверхпроводимость в алмазе, легированном бором.

Алмаз давно привлекает внимание инженеров не только как самый прочный материал, но и благодаря своей выдающейся теплопроводности. Более двадцати лет назад ученые обнаружили, что введение атомов бора меняет его статус с изолятора на сверхпроводник, который способен проводить электрический ток без сопротивления. Тем не менее, механизм этого явления оставался до сих пор не полностью понятным.

В ходе исследования физики создали тонкие пленки алмаза с равномерным распределением бора и проанализировали их структуру. Неожиданно выяснилось, что внутри внешне однородного материала образуются микроскопические области сверхпроводимости, которые исследователи назвали «лужами». При изменении условий эти области могут увеличиваться и объединяться, формируя непрерывную сеть сверхпроводников.

Ученые также установили, что можно управлять поведением таких областей. На их размер и распределение оказывают влияние температура, магнитное поле, электрический ток, концентрация бора и даже толщина алмазной пленки. Это открывает возможность целенаправленно настраивать свойства материала для конкретных задач.

Основной практический результат исследования заключается в перспективе создания так называемых квантовых систем на кристалле. В отличие от современных решений, где необходимо комбинировать различные материалы для классической и квантовой электроники, алмаз потенциально способен объединять полупроводниковые и сверхпроводящие свойства в одной структуре.

По мнению исследователей, это в будущем позволит разрабатывать более компактные квантовые процессоры, датчики и другие устройства, которые будет проще интегрировать с уже существующей кремниевой электроникой.