Ученые создали сверхпроводящую пленку для квантовых чипов из необычного материала

Исследователи из Японии разработали новый метод создания сверхпроводящих тонких пленок, критически важных для квантовых компьютеров, из материала, который в обычных условиях сверхпроводимостью не обладает. Работа ученых из центра RIKEN CEMS опубликована в журнале Nature Communications.

Схема кристаллической структуры пленки теллурида железа, выращенной на подложке теллурида кадмия. Автор: RIKEN

Ключевым элементом квантовых чипов являются тонкие пленки, в которых квантовая информация (кубиты) кодируется с помощью сверхтоков. Обычно дефекты и искажения в таких пленках разрушают кубиты. Теоретически теллурид железа (FeTe) — хороший кандидат из-за малого количества примесей, но он не является сверхпроводником.

Команда под руководством Юки Сато использовала метод молекулярно-лучевой эпитаксии, чтобы осадить атомы железа и теллура на подложку из теллурида кадмия (CdTe). Обычно для выращивания качественных пленок стремятся к максимальному совпадению атомных решеток подложки и материала. В данном случае решетки совпадали плохо — расхождение составило около 20%, что обычно приводит к дефектам.

Однако анализ с помощью электронного микроскопа и синхротронного рентгеновского излучения показал, что в новой пленке возникло совпадение более высокого порядка — не атом к атому, а группами атомов. Это стабилизировало кристаллическую структуру и подавило характерное для объемного теллурида железа искажение решетки, которое как раз и мешало сверхпроводимости.

В результате пленка теллурида железа стала сверхпроводящей при температуре ниже 10 Кельвинов (-263°C). Для сравнения, пленка, выращенная на подложке из титаната стронция с почти идеальным (98,2%) атомным совпадением, сверхпроводимостью не обладала.

«Наши результаты показывают, что целенаправленное создание эпитаксиального согласования более высокого порядка может стать будущим исследований тонких пленок», — отметил Юки Сато.

Это открытие указывает на новый путь создания сверхпроводящих материалов для квантовых процессоров, основанный не на идеальном атомном совпадении, а на контролируемом несовпадении, ведущем к стабилизации структуры.

Больше информации: Yuki Sato et al, Superconductivity and suppressed monoclinic distortion in FeTe films enabled by higher-order epitaxy, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65902-w