Группа американских ученых разработала метод создания ультратонких сверхпроводников, которые сохраняют свои свойства на воздухе. Используя графен в качестве защитного слоя, ученые вырастили стабильную пленку диселенида ниобия площадью более 2,5 кв.см. Эта технология открывает путь к производству более компактных и масштабируемых квантовых устройств.
Сверхпроводники, способные проводить ток без сопротивления, являются важным элементом для ряда квантовых технологий. Особый интерес представляют двумерные версии этих материалов, которые сохраняют свои свойства даже при минимальной толщине. Однако их практическое использование долгое время ограничивалось высокой химической нестабильностью: при контакте с воздухом они быстро окислялись и теряли свои характеристики, что затрудняло как изучение, так и масштабное производство.
Ученые изучили диселенид ниобия — сверхпроводник, состоящий из слоя атомов ниобия между двумя слоями селена. Этот материал обладает высокой кинетической индуктивностью, что позволяет накапливать значительную энергию на малой площади и делает его перспективным для миниатюризации квантовых схем. Традиционные методы получения таких пленок, как правило, давали лишь мелкие фрагменты, а попытки защитить их от воздуха с помощью дополнительных покрытий после синтеза часто были малоэффективными из-за быстрого начала окисления.
Авторы работы сначала разместили слой графена на подложке из диоксида кремния, а затем выращивали диселенид ниобия в узком зазоре между этими поверхностями. Такой порядок действий позволил использовать графен не как посторонний защитный слой, а как направляющую структуру, ограничивающую рост материала и одновременно изолирующую его от внешней среды. Ученым удалось получить однородный слой сверхпроводника площадью более 2,5 кв.см, что значительно превышает типичные размеры, достигаемые при помощи механического отслаивания.
Разработанная методика включает также этап бескислородного переноса полученной структуры и интеграции ее в сверхпроводящий контур. Создание надежного электрического соединения между нанометровой пленкой и более массивными электродами является нетривиальной задачей. В ходе работы ученые применили щадящее травление боковых сторон материала, что позволило сохранить целостность структуры. В финальных тестах материал продемонстрировал сохранение сверхпроводящих свойств и требуемый уровень кинетической индуктивности.
По словам ученых, предложенный метод роста может быть адаптирован для других монослойных квантовых материалов с различными функциональными характеристиками. В дальнейшем планируется использовать полученные структуры для изучения фундаментальных физических эффектов и создания прототипов квантовых устройств, включая детекторы и элементы вычислительных систем. Переход от субмиллиметровых фрагментов к пластинам открывает новые возможности для исследования свойств этих материалов и их практического применения.
Читайте также: Лунный гелий-3 может стать топливом для первой коммерческой термоядерной станции.