Ученые разработали принципы создания подложек для квантовых материалов

Нестабильность интерфейса в группе B. Поперечные ТЭМ-изображения образцов ванадиевого силицида на подложках SOI со скрытым SiO₂, отожженных при (a) 650 °C, (b) 730 °C и (c) 900 °C. Автор: Applied Physics Letters (2025). DOI: 10.1063/5.0291576

Силициды — сплавы кремния и металлов, давно используемые в микроэлектронике — вновь исследуются для создания квантового оборудования. Однако их применение сталкивается с критической проблемой: достижением фазовой чистоты, поскольку некоторые фазы силицидов являются сверхпроводящими, а другие — нет.

Исследование, опубликованное в журнале Applied Physics Letters учеными Инженерной школы Нью-Йоркского университета и Национальной лаборатории Брукхейвена, показывает, как выбор подложки влияет на формирование фаз и межфазную стабильность в сверхпроводящих пленках ванадиевого силицида, предоставляя руководство по проектированию для улучшения качества материалов.

Команда под руководством профессора Нью-Йоркского университета Давуда Шахджерди сосредоточилась на ванадиевом силициде — материале, который становится сверхпроводящим (способным проводить электричество без сопротивления) при охлаждении ниже температуры перехода 10 Кельвинов (около -263°C). Его относительно высокая температура сверхпроводящего перехода делает его привлекательным для квантовых устройств, работающих при температурах выше традиционных милликельвинов.

Исследователи создали кристаллические подложки из оксида гафния и сравнили их со стандартным диоксидом кремния в идентичных условиях обработки. Оксид гафния продемонстрировал большую химическую стабильность и подавлял образование нежелательных вторичных фаз, хотя и деградировал при самых высоких температурах обработки.

«Достижение фазово-чистых сверхпроводящих пленок требует тщательного внимания к интерфейсу подложка-пленка», — сказал Шахджерди. «Наши результаты показывают, что проектирование подложки является неотъемлемым аспектом процесса синтеза».

Химическая стабильность оксида гафния оказалась крайне важна для поддержания качества пленки во время обработки. Что особенно интересно, атомно-разрешающая визуализация показала, что кристаллическая структура оксида гафния может влиять на ориентацию и фазовый отбор вышележащих зерен силицида, указывая на возможные эффекты шаблонирования, которые могли бы обеспечить селективное зарождение фазы.

Исследование предоставляет фундаментальные знания, которые распространяются за пределы ванадиевых силицидов на другие сверхпроводящие силицидные системы. Выявленные принципы — химическая инертность, термическая стабильность и структурное упорядочение — предлагают руководство по проектированию подложек для квантовых устройств следующего поколения.

«Эти находки дополняют нашу недавнюю работу по методам физического паттернинга», — отметил Шахджерди. «Вместе они расширяют пространство проектирования для квантового оборудования».

Дополнительная информация: Miguel Manzo-Perez et al, Substrate effects on phase formation and interfacial stability in superconducting vanadium silicide thin films, Applied Physics Letters (2025). DOI: 10.1063/5.0291576