研究者たちは、空気中で大面積かつ均一な超伝導材料を生成し、その安定性を保つ方法を開発しました。この研究はマサチューセッツ工科大学（MIT）や他の機関の研究者たちによって共同で行われ、成長した超伝導材料は二硒化モリブデンであり、別の原子レベルの薄材料であるグラフェンの下で成長しました。研究者たちによると、グラフェン層は脆弱な超伝導体を酸化から保護し、同時に大規模なウエハ上での滑らかな成長を導くことができます。この材料はその超伝導特性を保持し、高い動的インダクタンスを示しました。マサチューセッツ工科大学電気工学・コンピュータ科学科の大学院生であり、この研究の共同第一著者である鄭旭東氏は、単層の厚さを持つ新興の超伝導体には相当な潜在能力があると述べています。
「私たちの新しいプロセスのおかげで、これらの材料はもはや非常に小規模でしか製造できないものではありません。科学者たちはこれらの材料を研究し、回路に応用し、実際の用途を探るエキサイティングな機会を得ています。」
二硒化モリブデンの超伝導材料の量子デバイスにおける応用可能性
研究チームは、この空気中で安定した超伝導体を超伝導マイクロ波回路に統合しました。テストの結果、この材料はその超伝導特性を保持し、高い動的インダクタンスを示しました。これは多くの量子デバイスにとって貴重な資源です。この超薄型超伝導体は、単層の密に配置されたモリブデン原子から構成されており、長期的にはこの進展が超伝導量子計算ハードウェアの体積を縮小し、超高感度量子検出器などの技術の開発に寄与することが期待されています。これらの技術は通信や宇宙論に応用可能です。二硒化モリブデンの超薄型超伝導体は、単一のモリブデン原子層が両側に単層のセレン原子に挟まれて構成されており、研究チームのメンバーが最近報告したところによれば、この材料は非常に高い動的インダクタンスを持っています。
これにより、材料は非常に小さな領域内で大量の誘導エネルギーを蓄えることができます。
研究者たちによると、小型化された高動的インダクタンスは多くの量子デバイスにとって理想的な設計要素です。この研究は『Nature』誌に発表され、「包埋外延」メカニズムを明らかにしました。このメカニズムは、大面積（1インチ以上）、空気中で安定した単層二硒化モリブデン（NbSe2）薄膜の成長を促進し、超伝導量子回路におけるその可能性を探ることができます。この作業は、グラフェンや六方窒化ホウ素などの二次元包埋層が三次元基板（例えばSiO2やSi3N4）上に事前に沈着され、1L-NbSe2の包埋–基板界面での外延成長テンプレートとして機能し、環境劣化に対する保護カバーとしても機能するという独特の成長現象を示しています。
鄭旭東氏は次のように説明しています。「通常、材料を作成し、惰性環境から取り出すと、すぐに酸化や劣化が始まり、最終的には損傷を受けてしまいます。」もし科学者たちが薄層の二硒化モリブデンのような動的インダクタンスが十分に大きい材料を量子回路に統合できれば、彼らは広範囲の電子結合を小さな薄膜材料で置き換えることができ、回路をよりコンパクトにすることができます。しかし、二硒化モリブデンは空気中で急速に劣化するため、科学者たちはウエハ規模で信頼性のあるデバイスを製造することができませんでした。代わりに、彼らは剥離技術に依存して小片の材料を生成していました。