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Establishing the basic science and technology for Iron-based superconducting electronics applications

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Supraleitende Quanteninterferenzgeräte möglich machen

Europäische und japanische Wissenschaftler arbeiteten zusammen, um weitere Erkenntnisse zu den grundlegenden Eigenschaften eisenbasierter Supraleiter zu erlangen. Die Forschungsarbeit und experimentelle Arbeit soll den Weg für neuartige Elektrogeräte ebnen.

Energie

Vor etwa 100 Jahren senkte ein niederländischer Physiker die Temperatur von Quecksilber auf beinahe den absoluten Nullpunkt ab, die in der Theorie geringstmögliche Temperatur. Zufälligerweise entdeckte er, dass es keinen elektrischen Widerstand gab und die Supraleitfähigkeit war zum ersten Mal demonstriert. Seit damals sind zahlreiche supraleitende Metall- und Oxidmaterialien entdeckt und untersucht worden, die Rätsel der Supraleitfähigkeit blieben jedoch unergründet. Der neueste Trend in dieser Hinsicht sind eisenbasierte Supraleiter, die interessante Anwendungsmöglichkeiten in der Physik und in anderen Bereichen abseits der Superkühlung eröffnen. Bis zum heutigen Zeitpunkt wurden diese Materialien in gröberer und polykristalliner Form untersucht, da sich die Synthese epitaktischer Dünnfilme schwierig gestaltete. Partner, die vor Kurzem einen Erfolg hinsichtlich des epitaktischen Wachstums eisenbasierter supraleitender Filme erzielten, schlossen sich im Rahmen des EU-finanzierten Projekts IRON-SEA (Establishing the basic science and technology for iron-based superconducting electronics applications) zusammen. Es wurden Anstrengungen unternommen, um die wissenschaftlichen Grundlagen für die zukünftige Nutzung neuartiger Geräte und Anwendungen zu legen. Für hochmoderne Geräte sind hochqualitiative epitaktische Dünnfilme erforderlich. Sorgfältig geschichtete supraleitende Materialien sind zunehmend von Bedeutung für supraleitende Quanteninterferenzgeräte (Superconducting Quantum Interference Devices, SQUIDs), die für Quantencomputer verwendet werden könnten. Wissenschaftler arbeiteten unter Anwendung von Laserstrahlverdampfen und Molekularstrahlepitaxie an der Optimierung und Einrichtung der Wachstumsbedingungen aller untersuchten eisenbasierten supraleitenden Dünnfilme. Ein weiteres wichtiges Element hinsichtlich der Entwicklung neuartiger Geräte ist die Schalltechnik für hochauflösende Muster. Wissenschaftler entwickelten erfolgreich eine Fotolithografiemethode für genaue Muster dünner Filme eisenbasierter supraleitender Materialien. Nach der erfolgreichen Entwicklung supraleitender Tunnelverbindungen (Superconducting Tunnel Junctions, STJ) stellten Wissenschaftler fest, dass Titanoxide und Aluminiumoxide das geeignetste Material für die isolierenden Barrieren bei den Verbindungen hinsichtlich der Geräteherstellung sind. Es wurden eine Vielzahl an STJ optimiert, um in naher Zukunft hybride phasensensitive Geräte zu ermöglichen. Die supraleitende Energielücke und deren Symmetrie bei eisenbasierten Supraleitern unterscheidet sich von derjenigen, die bei konventionellen oder Cuprate-Supraleitern festgestellt worden waren. Konventionelle Supraleiter machen eine symmetrische Lücke erforderlich. Anhand verschiedener Spektroskopieverfahren führte das Team wesentliche Forschungsarbeit durch, um den verbindenden Mechanismus zwischen Energielücken und Symmetrie zu verstehen, damit die Physik der Supraleitfähigkeit entschlüsselt werden könnte. Mit Ausnahme von SQUIDs ebnen die Projektergebnisse den Weg für die Entwicklung von Nanodrahtdetektoren und magnetischen STJ-Speichern für schelle Schaltkreise mit Einzelflussquantenlogik, die auf eisenbasierten Supraleitern aufbauen.

Schlüsselbegriffe

Quantengeräte, eisenbasierte Supraleiter, Supraleiter, supraleitende Quanteninterferenzgeräte

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