Noua descoperire în semiconductori: Superconductivitatea care unifică calculatoarele clasice și cuantice pe același cip

În era digitală de astăzi, siliciul domnește suprem. Totuși, în industria semiconductoarelor, este o practică obișnuită să se adauge cantități mici de alte elemente la siliciu pentru a-i modifica comportamentul electronic, un proces cunoscut sub numele de dopare.

Recent, cercetătorii au revoluționat această tehnică, substituind un atom din opt în germaniu — un semiconductor asemănător siliciului — cu superconductorul galium. Acest proces a dus la crearea unui nou material superconductor, ideal pentru tehnologii emergente precum calculul cuantic și senzoristica.

Deși siliciul este pe lista următoarelor materiale vizate de această abordare, germaniul este deja folosit pe scară largă în industrie și este extrem de compatibil cu siliciul. Cercetătorii și-au prezentat metoda într-un studiu nou, publicat pe 30 octombrie în jurnalul Nature Nanotechnology.

“Există multe motive pentru care ar trebui să fim entuziasmați de aceasta,” a declarat coautorul studiului, Javad Shabani, profesor de fizică la Universitatea din New York, pentru Live Science.

Conceptul de a dopa un semiconductor până devine superconductor a fost propus prima dată în 1964 de Marvin Cohen, profesor emerit la Universitatea din California, Berkeley, pe atunci la Universitatea din Chicago. Ideea a fost revitalizată în anii 2000 și 2010, când mai multe grupuri de cercetători au încercat să bombardeze siliciul și germaniul cu metale superconductoare pentru a vedea dacă pot atinge faza nouă teoretic predispusă — dar au întâmpinat probleme.

“Când bombardezi, practic deteriorezi rețeaua cristalină,” a explicat Shabani, adăugând că apoi trebuie să încălzești materialul și să-l “anneal” pentru a putea continua experimentele pentru comportamentul superconductor, astfel nu este clar dacă atomii de dopant au format doar o insulă de material superconductor sau dacă o nouă fază superconductoare s-a format în elementul bombardat. El și echipa sa au încercat chiar și ei experimentele. “Am adăugat doar la puzzle,” a spus el pentru Live Science.

Progresul a venit în cele din urmă când au trecut la o tehnică numită epitaxia cu fascicul molecular. Aici au produs strat cu strat cristalul de germaniu, expunând suprafața la atomi de germaniu cu condițiile și concentrația potrivită de atomi de galium pentru ca un atom de galium să substituie un atom de germaniu în fiecare celulă unitară a cristalului.

Shabani a sugerat că probabil nu sunt singurii care au considerat că epitaxia cu fascicul molecular ar merita încercată. Totuși, încercările au fost descurajate de multe speculații negative care sugerau că doparea la nivelurile necesare nu era fizic posibilă, bazându-se pe presupuneri similare cu limitele de solubilitate.