Germanio superconduttore: un passo avanti verso chip quantistici compatibili con le tecnologie industriali

Un team di ricercatori dell'Università del Queensland e della New York University ha dimostrato che il germanio drogato con gallio può diventare superconduttore quando viene realizzato con processi standard dell'industria dei semiconduttori. La scoperta, che era sfuggita ai fisici per oltre 60 anni, unifica gli elementi costitutivi dell'elettronica classica e delle tecnologie quantistiche.

Il risultato, pubblicato su Nature Nanotechnology, rappresenta la prima osservazione di superconduttività in germanio epitassiale drogato con gallio (Ge:Ga), ottenuta utilizzando strumenti e processi già compatibili con la produzione industriale di semiconduttori.

Il materiale, ottenuto tramite molecular beam epitaxy (MBE), passa allo stato superconduttore a temperature inferiori a 3,5 kelvin. La tecnica di epitassia consente di inserire gli atomi di gallio in modo controllato nel reticolo cristallino del germanio, mantenendo interfacce atomiche ordinate e prive di disordine strutturale, un aspetto critico per l'integrazione nei dispositivi.

Il team ha realizzato un prototipo di wafer da 2 pollici contenente milioni di giunzioni Josephson definite litograficamente e testate a basse temperature. Le misure hanno confermato la presenza di correnti superconduttrici e densità di corrente compatibili con applicazioni pratiche in circuiti quantistici e RF criogenici.

Secondo il dottor Peter Jacobson, i risultati dimostrano la possibilità di creare materiali ibridi con interfacce pulite tra regioni superconduttrici e semiconduttrici, utili per future architetture di dispositivi quantistici e sensori criogenici a basso consumo. "Il germanio è già un materiale fondamentale per le tecnologie avanzate dei semiconduttori, quindi dimostrando che può anche diventare superconduttore in condizioni di crescita controllate, ora esiste il potenziale per dispositivi quantistici scalabili e pronti per la produzione in serie".

La modellazione teorica condotta da Carla Verdi ha confermato che gli atomi di gallio si sostituiscono regolarmente nel reticolo del germanio, modificando la struttura elettronica in modo da favorire la superconduttività. L'esperimento fornisce quindi una base per sviluppare dispositivi quantistici scalabili e compatibili con i processi produttivi dei semiconduttori.