Les silicides – alliages de silicium et de métaux utilisés depuis longtemps en microélectronique – sont maintenant à nouveau explorés pour le matériel quantique. Mais leur utilisation est confrontée à un défi critique: atteindre la pureté de phase, car certaines phases de sicide sont supraconductrices tandis que d'autres ne le sont pas.
L'étude, publiée dans Lettres de physique appliquée Par NYU Tandon School of Engineering et Brookhaven National Laboratory, montre comment le choix du substrat influence la formation de phase et la stabilité interfaciale dans les films de silicide de vanadium supraconductants, fournissant des directives de conception pour améliorer la qualité des matériaux.
L'équipe, dirigée par le professeur de NYU Tandon, Davood Shahrjerdi, s'est concentrée sur le silicide de vanadium, un matériau qui devient supraconducteur (capable de conduire de l'électricité sans résistance) lorsqu'il est refroidi en dessous de sa température de transition de 10 Kelvin, ou environ -263 ° C. Sa température de transition supraconductrice relativement élevée le rend attrayant pour les dispositifs quantiques qui fonctionnent au-dessus des températures conventionnelles de Millikelvin.
Les chercheurs ont conçu des substrats d'oxyde de hafnium cristallin et les ont comparés avec un dioxyde de silicium standard dans des conditions de traitement identiques. L'oxyde de hafnium a offert une plus grande stabilité chimique et supprimé les phases secondaires indésirables, bien qu'elle se dégrade sous les températures de traitement les plus élevées.
« La réalisation des films supraconductrices de phase nécessite une attention particulière à l'interface du substrat-film », a déclaré Shahrjerdi. « Nos résultats montrent que la conception du substrat fait partie intégrante du processus de synthèse. »
La stabilité chimique de l'oxyde de hafnium s'est avérée cruciale pour maintenir la qualité du film pendant le traitement. Plus intriguée, l'imagerie de résolution atomique a suggéré que la structure cristalline de l'oxyde de hafnium peut influencer l'orientation et la sélection de phase des grains de sicide sus-jacent, pointant des effets de modèles possibles qui pourraient permettre une nucléation de phase sélective.
La recherche fournit des informations fondamentales qui s'étendent au-delà des silicides de vanadium à d'autres systèmes de silicide supraconducteur. Les principes identifiés – inerté chimique, stabilité thermique et ordre structurel – offrent des directives de conception pour les substrats de dispositifs quantiques de nouvelle génération.
« Ces résultats complètent nos travaux récents sur les techniques de structuration physique », a noté Shahrjerdi. « Ensemble, ils élargissent l'espace de conception du matériel quantique. »
