Des chercheurs de l'Université de Tokyo développent une couche nanométrique d'un matériau supraconducteur au-dessus d'un substrat nitrure-semi-conducteur, ce qui peut aider à faciliter l'intégration de qubits quantiques avec la microélectronique existante. Crédit :Institut des sciences industrielles, Université de Tokyo
Les ordinateurs qui peuvent utiliser les propriétés "effrayantes" de la mécanique quantique pour résoudre des problèmes plus rapidement que la technologie actuelle peuvent sembler séduisants, mais ils doivent d'abord surmonter un inconvénient majeur. Des scientifiques japonais ont peut-être trouvé la réponse en démontrant comment un matériau supraconducteur, le nitrure de niobium, peut être ajouté à un substrat de nitrure-semi-conducteur sous forme de couche cristalline plate. Ce processus peut conduire à la fabrication facile de qubits quantiques connectés à des dispositifs informatiques conventionnels.
Les processus utilisés pour fabriquer les microprocesseurs conventionnels au silicium ont mûri au fil des décennies et sont constamment affinés et améliorés. En revanche, la plupart des architectures informatiques quantiques doivent être conçues principalement à partir de zéro. Cependant, trouver un moyen d'ajouter des capacités quantiques aux lignes de fabrication existantes, ou même d'intégrer des unités logiques quantiques et conventionnelles dans une seule puce, pourrait permettre d'accélérer considérablement l'adoption de ces nouveaux systèmes.
Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo a montré comment des couches minces de nitrure de niobium (NbNx ) peut être cultivé directement sur une couche de nitrure d'aluminium (AlN). Le nitrure de niobium peut devenir supraconducteur à des températures inférieures à environ 16 degrés au-dessus du zéro absolu. En conséquence, il peut être utilisé pour créer un qubit supraconducteur lorsqu'il est disposé dans une structure appelée jonction Josephson.
Les scientifiques ont étudié l'impact de la température sur les structures cristallines et les propriétés électriques de NbNx couches minces développées sur des substrats de matrice d'AlN. Ils ont montré que l'espacement des atomes dans les deux matériaux était suffisamment compatible pour produire des couches planes. "Nous avons constaté qu'en raison de la faible inadéquation du réseau entre le nitrure d'aluminium et le nitrure de niobium, une couche hautement cristalline pouvait se développer à l'interface", explique le premier auteur correspondant, Atsushi Kobayashi.
La cristallinité du NbNx a été caractérisée par diffraction des rayons X et la topologie de surface a été capturée par microscopie à force atomique. De plus, la composition chimique a été vérifiée par spectroscopie photoélectronique à rayons X. L'équipe a montré comment l'arrangement des atomes, la teneur en azote et la conductivité électrique dépendaient des conditions de croissance, en particulier de la température. "La similitude structurelle entre les deux matériaux facilite l'intégration des supraconducteurs dans les dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs", explique Atsushi Kobayashi.
De plus, l'interface bien définie entre le substrat AlN, qui a une large bande interdite, et NbNx , qui est un supraconducteur, est essentiel pour les futurs dispositifs quantiques, tels que les jonctions Josephson. Des couches supraconductrices de seulement quelques nanomètres d'épaisseur et à haute cristallinité peuvent être utilisées comme détecteurs de photons ou d'électrons uniques.
Le travail est publié dans Advanced Materials Interfaces comme "Croissance épitaxiale contrôlée en phase cristalline de NbNx supraconducteurs sur des semi-conducteurs AlN à large bande interdite." + Explorer davantage
