Ερευνητές του MIT ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο κατασκευής υπέρλεπτων υπεραγώγιμων υλικών που παραμένουν σταθερά ακόμη και όταν εκτίθενται στον αέρα. Η εξέλιξη αυτή αναμένεται να διευκολύνει την ανάπτυξη μικρότερων, αποδοτικότερων και πιο εύκολα κατασκευάσιμων κβαντικών συσκευών, όπως υπολογιστές, αισθητήρες και προηγμένα συστήματα επικοινωνιών.
Προστασία του υπεραγωγού από την οξείδωση
Το υλικό που χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες είναι το δισεληνιούχο νιόβιο, ένας υπεραγωγός πάχους μόλις ενός ατομικού στρώματος. Μέχρι σήμερα, η αξιοποίησή του ήταν ιδιαίτερα δύσκολη, επειδή οξειδωνόταν σχεδόν αμέσως μόλις ερχόταν σε επαφή με τον αέρα, χάνοντας τις πολύτιμες ιδιότητές του.
Η νέα τεχνική λύνει αυτό το πρόβλημα, καθώς ο υπεραγωγός αναπτύσσεται κάτω από ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα γραφενίου. Το γραφένιο λειτουργεί ως προστατευτικό κάλυμμα, αποτρέποντας την οξείδωση και επιτρέποντας τη δημιουργία μιας λείας και ομοιόμορφης επιφάνειας σε μεγάλη κλίμακα.
Μια διαφορετική διαδικασία ανάπτυξης
Αντί να τοποθετήσουν το προστατευτικό στρώμα μετά την κατασκευή του υπεραγωγού, όπως γινόταν μέχρι σήμερα, οι ερευνητές ξεκίνησαν με το γραφένιο πάνω στο υπόστρωμα διοξειδίου του πυριτίου. Στη συνέχεια, δημιούργησαν τον υπεραγωγό στο εξαιρετικά μικρό κενό ανάμεσα στα δύο υλικά.
Με τον τρόπο αυτό κατασκεύασαν ένα απόλυτα ομοιόμορφο στρώμα δισεληνιούχου νιοβίου μήκους μεγαλύτερου από 2,5 εκατοστά, διατηρώντας παράλληλα όλες τις υπεραγώγιμες ιδιότητές του ακόμη και μετά την έκθεσή του στον αέρα.
Προοπτικές για την κβαντική τεχνολογία
Οι επιστήμονες ενσωμάτωσαν το νέο υλικό σε υπεραγώγιμο μικροκυματικό κύκλωμα και διαπίστωσαν ότι διατήρησε την υψηλή κινητική αυτεπαγωγή του, μια ιδιότητα ιδιαίτερα σημαντική για πολλές κβαντικές εφαρμογές.
Η δυνατότητα αντικατάστασης πολύπλοκων κυκλωμάτων με ένα μικροσκοπικό στρώμα υπεραγώγιμου υλικού μπορεί να οδηγήσει σε αισθητά μικρότερες και αποδοτικότερες κβαντικές συσκευές. Παράλληλα, η νέα μέθοδος δεν περιορίζεται μόνο στο δισεληνιούχο νιόβιο, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλες κατηγορίες δισδιάστατων κβαντικών υλικών.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν πλέον να αξιοποιήσουν τη συγκεκριμένη τεχνολογία για την ανάπτυξη λειτουργικών πρωτοτύπων κβαντικών διατάξεων, αλλά και για τη μελέτη νέων φυσικών φαινομένων που εμφανίζονται σε υλικά πάχους μόλις ενός ατόμου.
