Puolijohde, jolla on suprajohtavuuden lupaus03.11.2025
Suprajohtavuuden saavuttaminen puolijohdemateriaaleissa, kuten piissä ja germaniumissa, on kuitenkin osoittautunut haastavaksi, koska optimaalisen atomirakenteen ylläpitäminen halutulla johtavuustoiminnoilla on vaikeaa. Mutta nyt kansainvälinen tiedemiesryhmä raportoi tuottaneensa germaniumin muodon, joka on suprajohtava. "Suprajohtavuuden saavuttaminen germaniumissa voi mahdollisesti mullistaa lukuisia kuluttajatuotteita ja teollisuusteknologioita", sanoo New York Universityn fyysikko Javad Shabani. ”Nämä materiaalit voisivat olla tulevaisuuden kvanttipiirien, sensoreiden ja pienitehoisen kryogeenisen elektroniikan perusta, jotka kaikki tarvitsevat puhtaita rajapintoja suprajohtavien ja puolijohtavien alueiden välille”, lisää Queenslandin yliopiston fyysikko Peter Jacobson. ”Germanium on jo työjuhtamateriaali edistyneille puolijohdeteknologioille, joten osoittamalla, että se voi muuttua myös suprajohtavaksi kontrolloiduissa kasvuolosuhteissa, on nyt potentiaalia skaalautuville, valimovalmiille kvanttilaitteille.” Tutkijat loivat nyt germaniumkalvoja, joihin oli lisätty runsaasti pehmeämpää galliumia, jota jo käytetään yleisesti elektroniikassa. Niiden avulla tehty doping muuttaa puolijohteen sähköisiä ominaisuuksia – mutta suurina galliumpitoisuuksina materiaalista tulee tyypillisesti epävakaa, mikä johtaa kiteen hajoamiseen ja suprajohtavuuden katoamiseen. Uusimmissa tuloksissa tutkijat kuitenkin osoittavat edistyneitä röntgentekniikoita käyttäen uuden tekniikan, joka pakottaa galliumatomit korvaamaan germaniumatomit kiteessä normaalia korkeammalla pitoisuudella. Tämä prosessi muuttaa hieman kiteen muotoa, mutta säilyttää silti vakaan rakenteen, joka voi johtaa sähköä ilman resistanssia 3,5 kelvinin lämpötilassa – tai noin ”Ioni-istutuksen sijaan galliumatomien tarkkaan liittämiseen germaniumin kidehilaan käytettiin molekyylisuihkuepitaksian menetelmää”, toteaa Julian Steele, Queenslandin yliopiston fyysikko. ”Epitaksian – ohuiden kidekerrosten kasvattamisen – avulla voimme vihdoin saavuttaa rakenteellisen tarkkuuden, jota tarvitaan suprajohtavuuden syntymisen ymmärtämiseen ja hallintaan näissä materiaaleissa.” ”Tämä toimii, koska ryhmän IV alkuaineet eivät luonnostaan johda suprajohtavasti normaaleissa olosuhteissa, mutta niiden kiderakenteen muokkaaminen mahdollistaa elektroniparien muodostumisen, jotka mahdollistavat suprajohtavuuden”, Shabani toteaa yliopistonsa tiedotteessa. Aiheesta aiemmin: Tavallinen kide ihanteellinen kryogeenisen lämpötilan valotekniikalle Suprajohteita vaikka atomi kerrallaan Topologinen suprajohtavuus ilman suprajohteita |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Tutkijat ovat jo pitkään pyrkineet valmistamaan puolijohteita jotka ovat myös suprajohtavia, mikä parantaisi niiden nopeutta ja energiatehokkuutta ja mahdollistaisi uusia kvanttiteknologioita.