Průlom v materiálové vědě: Laserová metoda umožňuje syntézu tenkých vrstev pro kvantové počítače při 3000 Kelvinech

Tenké vrstvy materiálů jsou všude kolem nás, od obalů na chipsy přes antireflexní úpravy brýlí až po povlaky na lécích. Jejich precizní a rovnoměrné nanášení je také zásadní pro výrobu polovodičů, které tvoří základ moderní elektroniky.

Tenké vrstvy materiálů jsou všude kolem nás, od obalů na chipsy přes antireflexní úpravy brýlí až po povlaky na lécích. Jejich precizní a rovnoměrné nanášení je také zásadní pro výrobu polovodičů, které tvoří základ moderní elektroniky. Ne všechny materiály se však dají snadno nanášet v takto tenkých vrstvách, zejména ty s velmi vysokými body tání.

Vědci z Kalifornského technologického institutu (Caltech), pod vedením profesora mechanického inženýrství a aplikované fyziky Austina Minnicha, nyní představili novou laserovou metodu pro vytváření tenkých vrstev materiálů, jako je například niob. Tato práce by mohla mít přímý dopad na supravodivou elektroniku používanou v kvantových počítačích. Tým nedávno popsal svůj objev v časopise Applied Physics Letters.

Běžnou cestou k výrobě tenkých vrstev je zahřátí zdrojového materiálu na dostatečně vysokou teplotu, aby se z něj uvolnila pára, která se následně kondenzuje na růstovém povrchu a vytvoří tenkou vrstvu. Materiály obsahující takzvané „ultra-žáruvzdorné" prvky se však taví až nad spalujících 3000 Kelvinů (přibližně 2727 °C). Při takových teplotách by se roztavila jakákoli běžná nádoba.

Díky pokrokům v laserové technologii, původně vyvinuté pro svařování a řezání kovů, je nyní možné tento problém obejít. Vědci si na míru sestavili přístroj, který umožňuje zaměřit vysoce výkonný laser na peletu požadovaného materiálu tak, aby se roztavila pouze její střední část. Vnější část pelety zůstává pevná a slouží jako vlastní „nádoba". Roztavená část pelety generuje dostatek páry, která kondenzuje a usazuje se na substrátu umístěném výše.

Ve své nové studii autoři použili tuto techniku k nanesení ultratenkých niklových vrstev pomocí 1kilowattového vláknového laseru, úzce zaměřeného na niklový terč ve vakuové komoře. Při teplotě blízké bodu tání niklu (1728 Kelvinů) se odpařilo dostatek materiálu k vytvoření tenké vrstvy. Měření elektrické vodivosti výsledné vrstvy ukázala, že její kvalita je srovnatelná nebo lepší než u vrstev nanesených jinými metodami. Profesor Minnich zdůrazňuje, že tato práce ukazuje, jak technologický vývoj v zdánlivě nesouvisejících odvětvích, jako je řezání kovů, může mít velký dopad v jiných oblastech. Metoda má mnoho zajímavých důsledků pro kvantové technologie, neboť mnoho supravodivých kvantových počítačů využívá ultra-žáruvzdorné materiály, jako je niob, tantal a jejich slitiny.