Germanij postaje superprevodnik

Superprevodni čipovi više nisu samo san budućnosti

Implantacija germanijevih valova s ​​galijevim ionima (simbolično plava), nakon čega slijedi zacjeljivanje oštećenja rešetke kratkim intenzivnim bljeskovima svjetlosti i konačno promatranje superprovodljivosti na niskim temperaturama. © FZD / Sander Münster
čitati naglas

Većina kemijskih elemenata postaje superprovodna kada su snažno ohlađena ili izložena visokom tlaku. Međutim, neki elementi poput bakra, srebra i zlata, kao i germanij, do sada su odbili stanje supravodljivosti. Ali sada su znanstvenici uspjeli proizvesti superprevodni poluvodički germanij. Također su dešifrirali neke zagonetke koje još uvijek okružuju supravodljivost poluvodiča. Rezultati su sada objavljeni u časopisu Physical Review Letters.

Superprevodnici su tvari koje mogu provesti električnu energiju bez gubitka, pa gube električni otpor kada se snažno ohlade. Čisti poluvodiči poput germanija ili silicija teško provode elektricitet na niskim temperaturama, oni postaju vrlo provodljivi samo kada su kontaminirani stranim atomima. Uvođenje stranih atoma događa se u industriji čipova, kao i u istraživanjima, na primjer, uz pomoć ionske implantacije, pri čemu se strani ioni uvode u kristalnu rešetku poluvodiča.

Međutim, da bi stvorili supravodljivi poluvodič, treba ga dopirati s izuzetno velikim brojem stranih atoma, daleko više nego što bi tvar normalno apsorbirala. Znanstvenici iz Forschungszentrum Dresden-Rossendorf uspjeli su u svojim eksperimentima pouzdano dokazati da dopirani sloj poluvodiča, debljine svega šezdeset nanometara, u stvari postaje supravodljivi, a ne grozdovi stranih atoma koji bi se lako mogli stvoriti tijekom ekstremnog dopinga.

Munja uklanja oštećenja na mreži

Ionska implantacija ozbiljno narušava kristalnu rešetku germanija, tako da se nakon toga mora popraviti. U tu je svrhu na Forschungszentrum Dresden-Rossendorf dostupan poseban pogon za sanaciju štete. Sustav bljeskalica razvijen tamo zagrijava samo površinu obrađenog germanija kratkim bljeskovima od tri milisekunde, što uklanja oštećenja u kristalnoj rešetki, ali bez značajne promjene raspodjele stranih atoma.

Znanstveno gledano, novi je materijal izuzetno uzbudljiv. Dakle, pokazuje iznenađujuće visoko kritično magnetsko polje u usporedbi s temperaturom u kojoj počinje superprovodljivost. Učinak superprovodljivosti javlja se u mnogim materijalima samo na vrlo niskim temperaturama neposredno iznad apsolutne nule. Na primjer, germanij dopiran galijem postaje superprovodljiv na oko 0, 5 Kelvina, ali temperatura prijelaza može se povećati promjenom različitih parametara tijekom implantacije i žarenja. prikaz

Fizičari dugo sanjaju o supravodivim poluvodičkim materijalima. Dali su poluvodičkom germaniju malo šanse da uopće postane superprovodljiv. Germanij je poluvodički materijal prve generacije tranzistora prije nego što je uklonjen iz silicija. U posljednje vrijeme zanimanje za ovaj "stari" poluvodič iznova raste, jer omogućava izgradnju mnogo bržih krugova s ​​njim nego za silicij.

Ponovno rođenje za germanij?

Stručnjaci čak očekuju preporod germanija, jer minijaturizacija u industriji mikroelektronike dostiže svoje granice u silicijumu. Djelomično je to zbog činjenice da su vam danas potrebni vrlo tanki slojevi oksida na čipsu, koji bi se željeli vrlo fino strukturirati - to više ne djeluje sa silicijevim oksidom. Germanij kao ponovno otkriveni osnovni materijal za čips imao bi veliku prednost što će omogućiti brže procese i istodobno dovesti do daljnje minijarizacije u mikro- i nanoelektronika. Sa supravodljivim germanijem, krugovi bi se u budućnosti mogli realizirati za nova računala.

Istraživački centar Dresden-Rossendorf tražio je posebno superprevodni poluvodič. Umjesto dopinga s borom, što je u Francuskoj dovelo do provođenja silicijuma provođenja prije više od dvije godine, istraživači su odabrali galij zbog njegove bolje topljivosti u germaniju. Znanstvenici su se također usmjerili na istraživanja.

Njihovi brojni eksperimenti dokazuju da poluvodički germanij reproducibilno postaje supravodljivi i da se temperatura prijelaza pri kojoj se nalazi supravodljivost može povećati u određenim granicama. Skupna ekspertiza FZD-ovog centra za ionske zrake i Dresdenskog laboratorija za visoko magnetsko polje omogućava precizno podešavanje parametara za daljnje eksperimente (npr. Energije i kuta tijekom ionskog bombardiranja ili temperature i trajanja žarenja bljeskalice) istraživanja će biti nastavljena kako bi se otkrile daljnje zagonetke supravodljivih poluvodiča.

(Istraživački centar Dresden - Rossendorf eV, 29.05.2009. - NPO)