Süper ince süper iletken malzemeler, yalnızca bir veya birkaç atom kalınlığında olup, bilim insanlarının daha kompakt, ölçeklenebilir ve verimli kuantum cihazları üretmek için faydalanabileceği benzersiz özelliklere sahiptir. Ancak bu kırılgan malzemeler, havada o kadar hızlı bozulur ki, incelenmesi veya üretilmesi zordur.
Şimdi, MIT ve diğer yerlerden araştırmacılar, havada stabil kalan büyük, homojen bir ultraince süper iletken malzeme alanı üretmek için bir yöntem keşfetmiş ve bunu kullanıma almışlardır.
Bu süper iletken malzeme, niobyum diselenid olarak adlandırılmakta ve diğer atomik ince malzeme olan karbon bazlı grafenin altında "büyütülmektedir". Grafen tabakası, kırılgan süper iletkeni oksidasyondan korurken, büyük bir wafer ölçeğinde düzgün bir tabaka halinde büyümesini yönlendirir.
Araştırmacılar, bu hava stabil süper iletkeni bir süper iletken mikrodalga devresine entegre etmiştir. Test edildiğinde, malzeme süper iletken özelliklerini korumuş ve birçok kuantum cihazı için bir kaynak olan yüksek kinetik endüktans sergilemiştir.
Uzun vadede, bu ilerleme süper iletken kuantum bilgisayar donanımını küçültmeye ve iletişim veya kozmoloji için ultra hassas kuantum dedektörleri gibi teknolojilere yardımcı olabilir.
“Sadece bir monolayer kalınlığında olan yeni süper iletkenlerin büyük bir potansiyeli var. Yeni sürecimiz sayesinde, artık yalnızca çok küçük ölçeklerde üretilebilen malzemeler değiller. Bilim insanlarının bu malzemeleri incelemesi, devrelerde kullanması ve pratik uygulamalarını keşfetmesi için heyecan verici fırsatlar var,” diyor ortak yazar Xudong Sheldon Zheng, MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri (EECS) bölümünde yüksek lisans öğrencisi.
Yazıda ortak yazar olarak EECS yüksek lisans öğrencisi Sameia Zaman SM ’24 ve MIT Elektronik Araştırma Laboratuvarı (RLE) yeni doktora sonrası araştırmacısı Kenan Zhang yer alıyor; karşılıklı yazarlar ise EECS’in Henry Ellis Warren (1894) Profesörü ve fizik profesörü, Kuantum Mühendislik Merkezi’nin direktörü ve RLE’nin yardımcı direktörü William D. Oliver; New York Üniversitesi’nde yardımcı profesör Joel Î-j. Wang; ve MIT’de mühendislik alanında Jerry Mcafee (1940) Profesörü olan ve RLE üyesi Jing Kong; ayrıca MIT ve Lincoln Laboratuvarı, Rice Üniversitesi, Yale Üniversitesi ve Güney Kore’deki Pohang Üniversitesi’nden diğerleri. Araştırma bugün Nature dergisinde yayımlanmıştır.
Güçlü özellikler
Süper iletkenler, elektriği direnç olmadan iletebilen malzemelerdir ve bazı kuantum cihazları için gereklidir.
İki boyutlu süper iletken malzemeler, yalnızca birkaç atom kalınlığında olmalarına rağmen süper iletken özelliklerini korur. Bu malzemeler, süper iletken devreleri küçültme vaadini taşır.
Niobyum diselenid, her iki tarafında tek bir selenyum atomu tabakası bulunan, sıkı bir şekilde paketlenmiş tek bir niobyum atomu tabakasından oluşan ultraince bir süper iletken olup, çok yüksek kinetik endüktansa sahiptir, araştırma ekibinin üyeleri tarafından yakın zamanda bildirilmiştir.
Bu, malzemenin çok küçük bir alanda büyük miktarda endüktif enerji depolamasını sağlar. Küçük bir form faktöründe büyük kinetik endüktans, birçok kuantum cihazında arzu edilen bir tasarım unsurudur.
Büyük bir kinetik endüktans elde etmenin yaygın bir yaklaşımı, Josephson bağlantıları adı verilen bir dizi cihazı bir araya getirmektir.
Eğer bilim insanları, yeterince büyük kinetik endüktansa sahip ince niobyum diselenid gibi malzemeleri bir kuantum devresine entegre edebilirse, büyük elektronik bağlantı alanlarını ince film malzemesinin küçük bir parçasıyla değiştirebilir, böylece devreyi daha kompakt hale getirebilirler. Ancak, niobyum diselenid havada hızlı bir şekilde bozulduğundan, bilim insanları wafer ölçeğinde cihazlar üretmekte güvenilir olamamışlardır. Bunun yerine, küçük pul parçaları veren eksfoliasyon tekniklerine güvenmektedirler. Ayrıca, araştırmacılar, uniform monolayer kalınlığında malzeme büyütmekte zorluk çekmişler
