国際的な科学者チームが、超伝導性を示すゲルマニウム(Ge)の生成に成功し、量子およびクライオジェニック・エレクトロニクスにおける重要な進歩を達成した。Nature Nanotechnology誌に掲載されたこの研究は、3.5ケルビンでゼロ抵抗で電気を伝導できる薄膜の生成を報告している。この画期的成果は、望ましい伝導挙動を持つ最適な原子構造を維持することで、半導体材料における超伝導性の達成という課題に取り組んだものである。
この材料の作製には、分子線エピタキシー(MBE)を利用してガリウム高濃度ドープGa:Ge薄膜を成長させ、ガリウム(Ga)原子をGe結晶格子内に置換的に正確に組み込んだ。このプロセスは、高濃度ドーピングレベルで通常発生する構造的不安定性を克服した。シンクロトロンベースのX線手法と第一原理計算により、この構造的秩序がGeにおける超伝導性の出現のための狭い電子バンドを生み出すことが確認された。
得られた材料は、量子機能に適した低欠陥のエピタキシャル超伝導体-半導体プラットフォームを確立している。重要なことに、この材料スタックにより、ウェハーレベルのスケールで超伝導ゲルマニウム(スーパーGe)を用いたジョセフソン接合構造の作製が可能となる。研究者らは、これにより超伝導量子ビットの基礎的構成要素である数百万個のジョセフソン接合ピクセル(10μm角)を作製できる可能性があると指摘した。
この研究は、ジャバド・シャバニ(ニューヨーク大学)とピーター・ジェイコブソン(クイーンズランド大学)を含む共同研究者により主導された。この研究は、超伝導領域と半導体領域の間のクリーンな界面を必要とする将来の量子回路、センサー、低消費電力クライオジェニック・エレクトロニクスを実現することを目的としている。この研究は、一部が米国空軍科学研究局の支援を受けた。
ニューヨーク大学からの完全な発表とNature Nanotechnology誌の論文「置換型ガリウム高濃度ドープGeエピタキシャル薄膜における超伝導性」は、それぞれ関連サイトで閲覧可能である。
2025年10月30日
