Двумерные сверхпроводники — например, диселенид ниобия — состоят из одного слоя атомов ниобия между двумя слоями селена. Такая структура обладает очень высокой кинетической индуктивностью, то есть может запасать индуктивную энергию на крайне малой площади. Это позволяет заменить целые массивы джозефсоновских переходов (которые занимают много места в квантовых схемах) одним крошечным кусочком тонкой пленки, повышая компактность устройства. Но до сих пор эти материалы было невозможно вырастить на больших площадях — они окислялись и разрушались, как только их вынимали из инертной среды.
Обычно сверхпроводник сначала выращивают на подложке из диоксида кремния, а затем сверху наносят защитный слой графена. Но за то время материал уже начинает окисляться. Команда Массачусетского технологического института поступила наоборот: сначала они поместили графен на подложку, а затем в зазоре между графеном и подложкой вырастили ниобий диселенид. Этот зазор — менее одного нанометра — оказался идеальным реактором. Подложка удерживает химические прекурсоры достаточно долго, чтобы кристалл начал расти, а графен позволяет атомам свободно двигаться и формировать ровный мономолекулярный слой. В результате получилась идеально гладкая пленка размером более дюйма, сообщает MIT News.
Поскольку сверхпроводник уже находится под слоем графена, его можно спокойно вынимать на воздух — графен защищает его от кислорода и влаги. Но это только полдела. Интегрировать такую тонкую пленку в электрическую схему тоже сложно: толщина материала около 1 нм, а электродов — несколько сотен нанометров. Поэтому исследователи разработали метод аккуратного травления боковых стенок в вакуумной камере, чтобы сохранить идеальный край сверхпроводника, а затем успешно соединили его с обычной сверхпроводящей микроволновой схемой.
После всех этих процедур материал сохранил свои сверхпроводящие свойства и высокую кинетическую индуктивность.
Этот метод открывает дорогу к массовому производству сверхтонких сверхпроводников для самых разных квантовых устройств. Компактные схемы с высокой кинетической индуктивностью нужны не только для масштабирования квантовых компьютеров, но и для сверхчувствительных детекторов (например, для астрофизических наблюдений или коммуникаций в космосе). Кроме того, технология не ограничивается диселенидом ниобия — ее можно применить к целому семейству мономолекулярных квантовых материалов с самыми разными полезными свойствами.
Исследователи из США научились перемещать десятки тысяч атомов в твердом кристалле всего за несколько минут при комнатной температуре с помощью обычного пучка электронов и сложных алгоритмов. Помимо нового способа изучения квантового поведения в материалах, эта технология открывает путь к «программируемой материи».
