Computadores que podem fazer uso das propriedades "assustadoras" da mecânica quântica para resolver problemas mais rapidamente do que a tecnologia atual podem parecer atraentes, mas primeiro precisam superar uma enorme desvantagem. Cientistas do Japão podem ter encontrado a resposta através de sua demonstração de como um material supercondutor, o nitreto de nióbio, pode ser adicionado a um substrato semicondutor de nitreto como uma camada plana e cristalina. Esse processo pode levar à fabricação fácil de qubits quânticos conectados a dispositivos de computador convencionais.
Os processos usados ​​para fabricar microprocessadores de silício convencionais amadureceram ao longo de décadas e estão sendo constantemente refinados e aprimorados. Em contraste, a maioria das arquiteturas de computação quântica deve ser projetada principalmente do zero. No entanto, encontrar uma maneira de adicionar recursos quânticos às linhas de fabricação existentes ou até mesmo integrar unidades lógicas quânticas e convencionais em um único chip pode acelerar muito a adoção desses novos sistemas.

Agora, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio mostrou como filmes finos de nitreto de nióbio (NbN_x ) pode ser cultivado diretamente sobre uma camada de nitreto de alumínio (AlN). O nitreto de nióbio pode se tornar supercondutor em temperaturas mais frias do que cerca de 16 graus acima do zero absoluto. Como resultado, ele pode ser usado para fazer um qubit supercondutor quando organizado em uma estrutura chamada junção Josephson.

Os cientistas investigaram o impacto da temperatura nas estruturas cristalinas e propriedades elétricas do NbN_x filmes finos cultivados em substratos de modelo de AlN. Eles mostraram que o espaçamento dos átomos nos dois materiais era compatível o suficiente para produzir camadas planas. “Descobrimos que, devido à pequena incompatibilidade de rede entre o nitreto de alumínio e o nitreto de nióbio, uma camada altamente cristalina pode crescer na interface”, diz o primeiro e autor correspondente Atsushi Kobayashi.

A cristalinidade do NbN_x foi caracterizado por difração de raios X, e a topologia de superfície foi capturada usando microscopia de força atômica. Além disso, a composição química foi verificada usando espectroscopia de fotoelétrons de raios X. A equipe mostrou como o arranjo dos átomos, o teor de nitrogênio e a condutividade elétrica dependiam das condições de crescimento, especialmente da temperatura. "A semelhança estrutural entre os dois materiais facilita a integração de supercondutores em dispositivos optoeletrônicos semicondutores", diz Atsushi Kobayashi.

Além disso, a interface bem definida entre o substrato AlN, que tem um bandgap amplo, e NbN_x , que é um supercondutor, é essencial para futuros dispositivos quânticos, como as junções Josephson. Camadas supercondutoras com apenas alguns nanômetros de espessura e alta cristalinidade podem ser usadas como detectores de fótons ou elétrons únicos.

O trabalho é publicado em Advanced Materials Interfaces como "Crescimento epitaxial controlado por fase cristalina de NbN_x supercondutores em semicondutores AlN de banda larga." + Explore mais

Qubit supercondutor de nitreto feito em um substrato de silício