ژرمانیوم از نیمه‌رسانا به ابررسانا: انقلاب در الکترونیک و فناوری کوانتومی

گروهی از پژوهشگران بین‌المللی با استفاده از روش‌های پیشرفتهٔ مهندسی اتمی، ژرمانیوم—یکی از پرکاربردترین نیمه‌رساناها—را به ابررسانا تبدیل کرده‌اند.

به گزارش ایتنا و به نقل از سای‌تک‌دیلی، این دستاورد می‌تواند راه را برای تولید دستگاه‌های الکترونیکی سریع‌تر، کم‌مصرف‌تر و کارآمدتر هموار کند. ابررساناها مواد ویژه‌ای هستند که جریان الکتریکی را بدون هیچ مقاومت و اتلاف انرژی منتقل می‌کنند؛ ویژگی‌ای که می‌تواند عملکرد تراشه‌های کامپیوتری، سلول‌های خورشیدی و سیستم‌های کوانتومی را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد.

گفته می‌شود ژرمانیوم و سیلیسیم، به عنوان عناصر گروه چهارم جدول تناوبی، ساختار کریستالی مشابه الماس دارند و خواص الکتریکی آن‌ها بین فلزات و عایق‌ها قرار می‌گیرد.

این تعادل، آن‌ها را به مواد ایده‌آلی برای ساخت دستگاه‌های بادوام و چندکاره تبدیل کرده است. با این حال، تبدیل این مواد به ابررسانا همواره چالشی بزرگ بوده، زیرا دست‌یابی به ساختار اتمی دقیق برای حرکت بدون مقاومت الکترون‌ها بسیار دشوار است.

پژوهشگران در این پژوهش، لایهٔ نازکی از ژرمانیوم را با استفاده از روش «اپیتاکسی پرتو مولکولی» و با تزریق مقادیر زیادی گالیوم—عنصری نرم و پرکاربرد در الکترونیک—تولید کردند.

این فرایند که به «آلایش» معروف است، خواص الکتریکی نیمه‌رساناها را تغییر می‌دهد، اما معمولاً در غلظت‌های بالای گالیوم، ساختار کریستالی ژرمانیوم ناپایدار می‌شود و ابررسانایی حاصل نمی‌شود.

با این حال، تیم پژوهشی با استفاده از تکنیک‌های پیشرفتهٔ پرتو ایکس، موفق شدند اتم‌های گالیوم را در جایگاه اتم‌های ژرمانیوم در شبکهٔ کریستالی جای دهند و ساختار پایداری ایجاد کنند که در دمای ۳٫۵ کلوین (معادل منفی ۲۶۹٫۶۵ درجهٔ سانتی‌گراد) ابررسانا می‌شود.

پژوهشگران می‌گویند این مواد می‌توانند پایه‌گذار مدارهای کوانتومی، حسگرها و الکترونیک‌های کم‌مصرف در دماهای بسیار پایین باشند.