Próxima actualización de la computadora: ¡Quantum!

Los investigadores han desarrollado una capa a nanoescala de un material superconductor que puede integrar qubits cuánticos en la microelectrónica existente.

Científicos de Japón han descubierto cómo un material superconductor, el nitruro de niobio, puede depositarse como una capa cristalina plana sobre un sustrato semiconductor de nitruro. Esta técnica podría simplificar la fabricación de qubits cuánticos que pueden usarse con dispositivos informáticos convencionales. Descubrir una técnica para integrar dispositivos lógicos cuánticos y convencionales en un solo chip, o incluso agregar capacidades cuánticas a las líneas de ensamblaje existentes, podría acelerar en gran medida la adopción de estos nuevos sistemas.

Un grupo de científicos del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio demostró cómo se pueden cultivar películas delgadas de nitruro de niobio (NbNx) directamente sobre una capa de nitruro de aluminio (AlN). El nitruro de niobio puede volverse superconductor a temperaturas por debajo de los 16 grados centígrados por encima del cero absoluto. Debido a esto, se puede usar para crear un qubit superconductor cuando se coloca en una estructura llamada unión Josephson.

"Descubrimos que debido al pequeño desajuste de la red entre el nitruro de aluminio y el nitruro de niobio, una capa altamente cristalina podría crecer en la interfaz, la similitud estructural entre los dos materiales facilita la integración de superconductores en dispositivos semiconductores optoelectrónicos", dijo el primer autor correspondiente. Atsushi Kobayashi.

Los científicos estudiaron la influencia de la temperatura en las estructuras cristalinas y las propiedades eléctricas de las películas delgadas de NbNx cultivadas en sustratos molde de AlN. Demostraron que el espaciado de los átomos en los dos materiales era lo suficientemente compatible como para crear capas planas.

La naturaleza cristalina del NbNx se caracterizó mediante difracción de rayos X y la topología de la superficie se registró mediante microscopía de fuerza atómica. El equipo también mostró cómo la disposición de los átomos, el contenido de nitrógeno y la conductividad eléctrica dependen de las condiciones de crecimiento, en particular de la temperatura.

Esta interfaz entre el sustrato de AlN, que tiene una banda prohibida ancha, y NbNx es esencial para futuros dispositivos cuánticos como las uniones de Josephson. Solo se pueden usar capas superconductoras de unos pocos nanómetros de espesor con alta cristalinidad como detectores de fotones o electrones individuales.

Referencia: “Crecimiento epitaxial controlado en fase cristalina de NbN_X Superconductors on Wide-Bandgap AlN Semiconductors” por Atsushi Kobayashi, Shunya Kihira, Takahito Takeda, Masaki Kobayashi, Takayuki Harada, Kohei Ueno y Hiroshi Fujioka, 21 de septiembre de 2022, Interfaces de materiales avanzadas.
DOI: 10.1002/admi.202201244