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物理学：新型半导体——超导体布局具有通用的氮化镓！ SiC上外延NbNx的带隙，晶格常数，结晶度和超导性。

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本文摘要：物理学：新型半导体——超导体布局具有通用的氮化镓！ SiC上外延NbNx的带隙，晶格常数，结晶度和超导性。

物理学：新型半导体——超导体布局具有通用的氮化镓！ SiC上外延NbNx的带隙，晶格常数，结晶度和超导性。a，选择氮化物半导体以及SiC的带隙与晶格常数。b，在具有AlN笼罩层的SiC衬底上生长的5nm NbNx的黑/白（左）和假色（右）的横截面HAADFSTEM图像。

c，电阻与温度的关系（尺度化为16K时的电阻），显示5nm（赤色）和35nm（蓝色）的超导相变。图片来历：Nature（2018）。DOI：10.1038 / nature25768。

自从约莫80年前首次调查和识别晶体管效应以来，硅一直是电子产物的首选半导体质料。究竟，加利福尼亚州有一个山谷。可是一个相对较新的半导体系列 - III族氮化物，包括氮化镓（GaN），氮化铟和氮化铝 - 提供了比硅更多的多功效性，具有超高速无线通信，高压开关和高强度照明和光子学的能力。由电子和计较机工程（ECE）传授Debdeep Jena和水师研究尝试室宽带隙质料和器件部分卖力人David Meyer带领的团队乐成设计出一种半导体 - 超导体晶体布局，其特征在于GaN直接生长在氮化铌（NbN）晶体，是一种颠末验证的超导体质料，用于量子通信，天文学和很多其他应用。

该组织的论文“GaN / NbN外延半导体/超导体异质布局”将于3月8日在线颁发在“ 自然”杂志上。前博士后研究员Rusen Yan和现任博士后Guru Khalsa是配合的主要作者。展开全文 其他主要孝敬者是Grace Xing，ECE和MSE的Richard Lundquist SesquicOtennial传授，以及应用和工程物理系Samuel B. Eckert工程传授David Muller。两种质料的组合方法 - 分子束外延（MBE），根基上在真空情况中将镓和氮原子喷涂到NbN上 - 缔造了一个很是洁净的界面，是新布局乐成的关键。

该组织暗示，这一进步开发了一系列可能性，此刻可以将超导体的宏观量子效应与III族氮化物半导体的富厚电子和光子特性联合起来。“人们已经实验过其他半导体产物，如硅和砷化镓，但我认为没有任何工具能像我们用GaN做的那样乐成，”耶拿说，他曾与该部分有双重录用。

质料科学与工程（MSE）。最近，氮化镓基半导体在LED照明，蓝光激光二极管，能源和通信范畴取得了重大进展。事实上，2014年诺贝尔物理学奖授予三位日本科学家，他们发现了使用GaN的节能蓝色发光二极管（LED）。

技能进步 - 出格是在水师研究尝试室开辟的这项事情中使用的MBE类型 - 使科学家们可以或许思考半导体 - 超导体异质布局，比方耶拿集团开辟的那种。专用的氮化物MBE系统包括一个电子束蒸发器源，它“熔化”铌 - 熔点约为4500度 - 但不是坩埚。

铌的原子沉积在碳化硅晶片和GaN上然后，通过MBE在其上生长半导体层。“这种新的来历使我们可以或许降服传统光源的温度限制，并将高熔点，难熔的过渡金属如铌和钽带入图片中，”迈耶说。该团队首次展示了半导体晶体管开关的增长和制造，半导体晶体管开关是电子学中的原型增益元件，直接位于晶体超导体层之上。Jena说，这种异质布局是“分身其美”，提供了一种设计量子计较和高度宁静通信系统的方法。

“有些工作我们喜欢用量子系统做 - 量子计较和暗码学，这是传统系统中不行能实现的，”他说。“另一方面，有些工具经典系统比量子系统要好得多。并且有这其中间区，你可以通过混淆和匹配两者来做很棒的工作。”“我们认为这为下一代通信和计较系统的快速技能开辟提供了一个绝佳的时机，”迈耶说。

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