Свръхпроводящите материали с дебелина от 1–2 атома притежават уникални свойства и биха могли да намалят радикално размерите на квантовите устройства. За съжаление, на въздух такива свръхтънки филми се разрушават за броени минути. Изследователи от САЩ откриха начин да създадат стабилен свръхпроводник върху цяла пластина. Материалът запазва своите свръхпроводящи свойства на въздуха и демонстрира висока кинетична индуктивност — ключов параметър за компактните квантови устройства.

Двуизмерните свръхпроводници — например, ниобиевият диселенид — се състоят от един слой атоми на ниобий между два слоя селен. Тази структура притежава много висока кинетична индуктивност, което означава, че може да съхранява индуктивната енергия на изключително малка площ. Това позволява цели масиви от джозефсонови преходи (които заемат много място в квантовите схеми) да бъдат заменени с едно миниатюрно парченце тънък филм, като по този начин се повишава компактността на устройството. Досега обаче беше невъзможно тези материали да бъдат получавани на големи площи — те се окисляваха и разрушаваха веднага щом бъдат извадени от инертната среда.

Технологията

Обикновено свръхпроводникът първо се отглежда върху подложка от силициев диоксид, а след това отгоре се нанася защитен слой от графен. Но през това време материалът вече започва да се окислява. Екипът от Масачузетския технологичен институт постъпи по обратния начин: първо поставиха графен върху подложката, а след това в междинното пространство между графена и подложката възпроизведоха ниобиев диселенид. Това междинно пространство — по-малко от един нанометър — се оказа идеалният реактор. Подложката задържа химическите прекурсори достатъчно дълго, за да започне кристалът да расте, а графенът позволява на атомите да се движат свободно и да образуват равномерен мономолекулярен слой. В резултат се е получила идеално гладка мембрана с размер над един инч, съобщава MIT News.

Тъй като свръхпроводникът вече се намира под слоя графен, той може спокойно да се извади на въздух — графенът го предпазва от кислорода и влагата. Но това е само половината от работата. Интегрирането на толкова тънък филм в електрическа схема също е сложно: дебелината на материала е около 1 nm, а на електродите — няколкостотин нанометра. Затова изследователите са разработили метод за прецизно ецване на страничните стени във вакуумна камера, за да запазят идеалния край на свръхпроводника, а след това успешно са го свързали с обикновена свръхпроводяща микровълнова схема.

След всички тези процедури материалът е запазил своите свръхпроводящи свойства и високата кинетична индуктивност.

Този метод проправя пътя към масовото производство на свръхтънки свръхпроводници за най-разнообразни квантови устройства. Компактните схеми с висока кинетична индуктивност са необходими не само за мащабиране на квантовите компютри, но и за свръхчувствителните детектори (например за астрофизически наблюдения или комуникации в космоса). Освен това технологията не се ограничава до ниобиевия диселенид — тя може да се приложи към цяло семейство мономолекулярни квантови материали с най-разнообразни полезни свойства.