Un projet dirigé par le Dr Manjith Bose de l'Université de Melbourne et le professeur Jeff McCallum, qui sont également membres du Centre d'excellence de l'ARC pour les technologies de calcul et de communication quantiques, a identifié une classe prometteuse de supraconducteurs qui pourraient potentiellement éviter la nécessité de niveaux élevés de refroidissement cryogène. Ces matériaux avancés peuvent être fabriqués, être intégables et être compatibles à l'aide d'approches électroniques en silicium et supraconductrices.
Pour optimiser la croissance de ces supraconducteurs de sicide, le Dr Bose et le professeur McCallum utilisent considérablement la réflectométrie à neutrons à haute température sur le réflectomètre Spatz au centre australien d'Ansto pour la diffusion des neutrons.
Les neutrons sont un outil idéal pour explorer des environnements d'échantillons extrêmes, tels que la haute pression, les températures ou les champs qui sont présents lors de la fabrication d'éléments de circuit. En effet, les neutrons peuvent pénétrer dans les métaux les plus courants, permettant à un de voir des films minces réfléchissants profondément à l'intérieur des fours, des aimants et des cryo-Chambers.
« Nous avons pu observer le taux de croissance sur les échelles de temps nanométriques par minute à des températures élevées de 800 ° C », a expliqué le Dr Bose. Par la suite, nous avons pu déployer des mesures de magnétométrie cryogénique à ANSTO jusqu'à 3 K pour détecter les propriétés supraconductrices. «
Certains des travaux initiaux ont été récemment publiés dans Science de la surface appliquée.
Le travail a été rendu possible par collaboration avec les scientifiques d'Ansto, le Dr Anton Le Brun et le Dr David Cortie, l'équipe qui a précédemment réalisé ce qui serait le record de la réflectométrie à neutrons à température la plus élevée en 2024.
Le Dr Le Brun a commandé et conçu le réflectomètre Spatz, qui a été transféré à Ansto de Helmholtz Zentrum Berlin (HZB). Le Dr Cortie a établi une capacité de four à haute température sur Spatz, en travaillant avec l'équipe d'échantillonnage de l'environnement au centre. Il a également effectué les mesures cryogéniques à basse température, qui impliquaient de travailler aux deux extrêmes de l'échelle de température.
« Alors qu'Ansto a des réfrigérateurs de dilution qui vont à environ 20 mk pour permettre des travaux sur le matériel quantique, la grande chose est que nous n'en avions même pas besoin pour cette étude », a expliqué le Dr Cortie. « Le matériel développé à l'Université de Melbourne fonctionne à environ 16 K, j'ai donc pu utiliser un cryo commercial standard pour mesurer la sensibilité, ce qui était beaucoup plus facile. »
L'équipe a également impliqué le professeur émérite à long terme, le professeur émérite Trevor Finlayson, récipiendaire du prix Lifetime Award of Anbug Career en 2021.
« Trevor a aimablement fourni une multitude de conseils, et il avait travaillé sur des composés similaires dans les années 1960 et 1970, bien que comme des cristaux en vrac plutôt que des films. Il a fourni des échantillons de silicide originaux de sa thèse de doctorat en 1960, qui a été utilisée comme certaines des normes de référence d'étalonnage pour nos mesures superconductrices », a expliqué le Dr Cortie.
« Je pense que cela parle fortement de la résilience de cette famille de composés de silicide. L'utilisation d'échantillons qui était un demi-siècle montre également que les vrais scientifiques ne jettent jamais les choses, même si nos partenaires et notre famille nous accusent d'être des thésauriseurs, parce que vous ne savez jamais! »
Le projet conjoint de Melbourne-Ansto pour perfectionner la croissance des couches supraconducteurs est en cours. Le groupe ANSTO met également la capacité de film mince à haute température à la disposition d'autres groupes universitaires et industriels confrontés à des défis similaires pour optimiser les films et les surfaces minces.
Les ordinateurs quantiques promettent de révolutionner les aspects de la société d'ici 2050. Ces outils devraient influencer tous les aspects de la société, de la façon dont les médicaments sont conçus, votre sécurité personnelle des données, jusqu'à la mise en œuvre de la logistique commerciale de Macroscale. 2025 étant l'année internationale de l'UNESCO de la science et de la technologie quantiques, il y a une reconnaissance généralisée du potentiel inexploité de la technologie quantique et de l'informatique à déverrouiller au cours du siècle à venir.
Parmi les différentes voies, les ordinateurs quantiques supraconducteurs ont, jusqu'à présent, conduit aux unités de traitement quantique les plus importantes (QPU) avec 50 à 1 000 qubits. Bien que encourageants, les inconvénients de ces circuits sont leur bruit, la nécessité de correction des erreurs et une grande quantité de puissance de refroidissement pour fonctionner aux températures nécessaires, généralement inférieures à 1 Kelvin.
