W kierunku nadprzewodzących urządzeń kwantowych
Około 100 lat temu pewien holenderski fizyk schłodził rtęć do temperatury bliskiej zera absolutnego, czyli najniższej teoretycznie osiągalnej. Dokonał zaskakującego odkrycia: oporność materiału zniknęła. Wtedy po raz pierwszy zaobserwowano zjawisko nadprzewodnictwa. Od tamtej pory odkryto i przebadano szereg nadprzewodników, zarówno metali, jak i tlenków, jednakże samo zjawisko nadprzewodnictwa pozostaje nie do końca zrozumiałe. Najnowszym zagadnieniem są nadprzewodniki na bazie żelaza, które wykazują fascynujące właściwości fizyczne i mają liczne potencjalne zastosowania bez konieczności schładzania do bardzo niskich temperatur. Do niedawna takie materiały badano w formie jednolitej i polikryształów, ponieważ uzyskanie cienkich warstw metodą epitaksji było niezwykle trudne. Naukowcy postanowili połączyć siły w ramach finansowanego przez UE projektu IRON-SEA (Establishing the basic science and technology for iron-based superconducting electronics applications) i z powodzeniem uzyskali warstwy nadprzewodnika na bazie żelaza metodą epitaksji. Podjęto prace, aby określić podstawy naukowe przyszłego wykorzystania tego osiągnięcia w innowacyjnych narzędziach i innych zastosowaniach. Wysokiej jakości cienkie warstwy uzyskane poprzez epitaksję są niezbędne do budowania skomplikowanych narzędzi. Precyzyjnie naniesione warstwy materiałów nadprzewodzących stają się coraz istotniejsze z racji wykorzystania w nadprzewodzących interferometrach kwantowych (SQUID) do obliczeń kwantowych. Naukowcy pracowali nad określeniem i zoptymalizowaniem warunków odkładania wszystkich badanych cienkich warstw nadprzewodników na bazie żelaza, stosując osadzanie laserem pulsacyjnym i epitaksję z wiązki molekularnej. Innym ważnym narzędziem do tworzenia innowacyjnych urządzeń jest technologia fal dźwiękowych przy nanoszeniu wzorów w dużej rozdzielczości. Naukowcy z powodzeniem opracowali fotolitograficzną metodę tworzenia precyzyjnych wzorów na cienkich warstwach nadprzewodników na bazie żelaza. Po pomyślnym opracowaniu połączeń tuneli nadprzewodzących (STJ) naukowcy ustalili, że tlenki tytanu i glinu stanowią najbardziej odpowiednie materiały na bariery izolujące te połączenia podczas budowy urządzeń. Zoptymalizowano szereg STJ, aby umożliwić tworzenie hybrydowych, wrażliwych na fazę urządzeń w niedługiej przyszłości. Wielkość przerwy energii nadprzewodnictwa i jej symetria w nadprzewodnikach na bazie żelaza różnią się od tych występujących w konwencjonalnych lub miedziowych nadprzewodnikach. Konwencjonalne nadprzewodniki wymagają symetrycznej luki. Korzystając z różnych technik spektroskopowych zespół przeprowadził ważne badania nad mechanizmem parowania między przerwami energii i ich symetrią, aby wyjaśnić fizykę nadprzewodnictwa. Wyniki projektu są istotne nie tylko dla tworzenia urządzeń typu SQUID, lecz otwierają również drogę do tworzenia detektorów na bazie nanodrutu i pamięci magnetycznej STJ do szybkich logiczno-kwantowych obwodów pojedynczego przepływu wykorzystujących nadprzewodniki na bazie żelaza.
Słowa kluczowe
Urządzenia kwantowe, nadprzewodniki na bazie żelaza, nadprzewodzące interferometry kwantowe
