Μια διεθνής ομάδα ερευνητών πέτυχε κάτι που για δεκαετίες φαινόταν απρόσιτο: δημιούργησε μορφή γερμανίου που εμφανίζει υπεραγωγιμότητα, δηλαδή αγωγιμότητα χωρίς καμία αντίσταση. Το επίτευγμα, που δημοσιεύτηκε στο Nature Nanotechnology, ανοίγει τον δρόμο για ταχύτερα, ενεργειακά αποδοτικότερα ηλεκτρονικά και κβαντικές συσκευές μεγάλης κλίμακας.
Ένα κοινό υλικό με νέα ιδιότητα
Το γερμάνιο, ήδη θεμελιώδες στις μικροηλεκτρονικές και στις οπτικές ίνες, αποκτά τώρα δυνατότητες υπεραγωγού. Ο φυσικός Javad Shabani του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης εξηγεί ότι η ανακάλυψη μπορεί να «επαναστατικοποιήσει δεκάδες τεχνολογίες καταναλωτών και βιομηχανίας». Σύμφωνα με τον Peter Jacobson από το Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ, τα νέα αυτά υλικά μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για κβαντικά κυκλώματα, αισθητήρες και ηλεκτρονικά χαμηλής κατανάλωσης.
Η πρόκληση της υπεραγωγιμότητας στα ημιαγώγιμα στοιχεία
Τα στοιχεία της ομάδας IV, όπως το γερμάνιο και το πυρίτιο, συνδυάζουν χαρακτηριστικά μετάλλων και μονωτών. Για να γίνουν υπεραγωγά, πρέπει να προστεθούν ηλεκτρόνια που αλληλεπιδρούν με το κρυσταλλικό πλέγμα και σχηματίζουν ζεύγη Cooper, τα οποία κινούνται χωρίς απώλειες ενέργειας. Η διαδικασία αυτή ήταν εξαιρετικά δύσκολο να ελεγχθεί σε ατομικό επίπεδο.
Η τεχνική που έκανε τη διαφορά
Οι ερευνητές ανέπτυξαν λεπτά φιλμ γερμανίου εμπλουτισμένα με γάλλιο, στοιχείο που τροποποιεί τις ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού. Χρησιμοποιώντας την τεχνική επιταξίας μοριακής δέσμης (MBE), κατάφεραν να ενσωματώσουν με ακρίβεια τα άτομα γαλλίου στη δομή του γερμανίου χωρίς να την καταστρέψουν. Το αποτέλεσμα ήταν ένα σταθερό κρυσταλλικό υλικό που γίνεται υπεραγώγιμο στους 3,5 Kelvin (περίπου -453°F).
Ο φυσικός Julian Steele σημειώνει ότι η επιταξία προσφέρει «την απαραίτητη δομική ακρίβεια για να κατανοήσουμε και να ελέγξουμε την εμφάνιση της υπεραγωγιμότητας». Ο Shabani προσθέτει: «Τα στοιχεία της ομάδας IV δεν είναι φυσικά υπεραγώγιμα, αλλά όταν τροποποιηθεί το πλέγμα τους, οι ηλεκτρονικές αλληλεπιδράσεις επιτρέπουν τη δημιουργία ζευγών ηλεκτρονίων που άγουν χωρίς αντίσταση».
Η νέα μορφή υπεραγωγού γερμανίου θα μπορούσε να συνδυάσει, για πρώτη φορά, την ευελιξία των ημιαγωγών με την απόδοση των υπεραγωγών, θέτοντας τα θεμέλια για κβαντικές υπολογιστικές αρχιτεκτονικές και νανοηλεκτρονική επόμενης γενιάς.
Περισσότερες πληροφορίες: Υπεραγωγιμότητα σε υποκαταστατικές επιταξιακές λεπτές μεμβράνες Ge με υπερδομένο Ga, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02042-8
Πληροφορίες περιοδικού: Nature Nanotechnology
Παρέχεται από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης
