Физики нашли в борсодержащем алмазе сверхпроводящие области
Американские физики показали, что сверхпроводимость в алмазе с примесью бора возникает неравномерно по всему кристаллу, а в виде микроскопических областей, которые затем соединяются в общую проводящую сеть. Работа важна для квантовой электроники: такой материал теоретически может совместить свойства полупроводника и сверхпроводника в одном чипе. Исследование провели группы из Аргоннской национальной лаборатории, Университета штата Пенсильвания и Чикагского университета.
Авторы работали с тонкими алмазными плёнками, где бор был распределён достаточно равномерно. При этом внутри материала они обнаружили локальные сверхпроводящие «лужи». По мере изменения внешних условий эти зоны растут и связываются друг с другом, после чего плёнка начинает вести себя как непрерывный сверхпроводник.
На поведение таких областей влияют сразу несколько параметров: температура, магнитное поле, ток, концентрация бора и толщина плёнки. Для прикладной разработки это важнее самого образа «луж». Речь идёт о возможности настраивать материал под конкретную архитектуру, а не просто наблюдать редкий эффект в лаборатории.
Сверхпроводимость в алмазе, легированном бором, известна с 2004 года, когда исследователи впервые показали переход при температурах около 4 К. С тех пор материал рассматривали как экзотическую альтернативу стандартным сверхпроводникам для электроники, прежде всего алюминию и ниобию, которые сегодня используются в большинстве сверхпроводниковых квантовых схем. Интерес к алмазу поддерживают и другие его свойства: высокая теплопроводность, химическая стойкость и совместимость с квантовыми дефектами вроде NV-центров, уже применяемых в сенсорах.
Практический вывод авторов состоит в том, что алмаз может стать платформой для «квантовых систем на кристалле», где классические и квантовые элементы собираются в одной структуре. Это отличается от нынешнего подхода, когда квантовые узлы и управляющая электроника часто делают из разных материалов и затем интегрируют в один модуль. Если управляемые сверхпроводящие области удастся воспроизводимо формировать на пластинах, такой подход может упростить производство компактных квантовых процессоров и датчиков.
Рынок квантового оборудования остаётся небольшим, но быстро растёт: по оценкам McKinsey, к 2030 году выручка отрасли может достигнуть десятков миллиардов долларов в зависимости от темпов коммерциализации. На этом фоне поиск материалов, которые сокращают число слоёв и интерфейсов в чипе, становится отдельным направлением. Для алмаза следующий вопрос простой и жёсткий: удастся ли перенести эффект с отдельных плёнок на воспроизводимый технологический процесс.
