Наномасштабные резисторы для квантовых устройств

Наномасштабные резисторы для квантовых устройств.

Резюме: Электрические характеристики новых тонкопленочных резисторов оксида хрома могут настраиваться регулировкой содержания кислорода. Исследователи создали новый компактный, высокоомный (с большим сопротивлением) резистор для наноразмерных квантовых цепей. Резисторы позволят ускорить разработку квантовых устройств для компьютеров и фундаментальных физических исследований.

Данное изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, показывает два компактных резистора оксида хрома соединенных последовательно квантовой фазопереходной нанонитью. (Нанонить очень мала, чтобы увидеть ее на этом масштабе)

Электрические характеристики новых тонкопленочных резисторов оксида хрома, которые могут настраиваться регулировкой содержания кислорода, подробно описаны в Журнале Прикладной физики. Исследователи из Лондонского центра нанотехнологий создали новый компактный, высокоомный резистор для наноразмерных квантовых цепей. Резисторы могли бы ускорить разработку квантовых устройств для компьютеров и фундаментальных физических исследований. Исследователи описали тонкопленочные резисторы в статье в Журнале Прикладной физики, издаваемом Американским институтом физики.

Одним из примеров приложения, которое требует высокоомных резистров являются квантовые фазо-переходные (КФП) цепи. КФП цепи изготовлены из очень узких нитей сверхпроводящего материала, который использует фундаментальные, хотя и противоречащие интуиции, квантово-механические свойства, называемые квантовым тунелированием, для перемещения магнитного потока туда и обратно вдоль нити, через энергетический барьер, который является непреодолимым в повседневном мире классической физики.

В 2006 году ученые из Института нанонаук Кельвина в Нидерландах предположили, что КФП цепи могут быть использованы для переопределения ампера – стандартной единицы измерения для электрического тока – связав их с фундаментальными свойствами вселенной (в отличие от физических систем, содержащихся в стандартных лабораториях). Другие научные группы предположили использовать КФП устройства как кубиты в квантовом компьютере – фундаментальную единицу квантовой информации, лежащую в основе таких компьютеров.

Резисторы необходимы для изоляции хрупких (здесь означает: легко разрушаемых взаимодействием с классическими приборами) квантовых состояний в КФП устройствах от шумного классического мира, говорит Пауль Уорбертон экспериментатор Лондонского центра нанотехнологий, который изучает электронные свойства наноразмерных устройств. «При применении в качестве действующего стандарта, резисторы также позволяют устройству работать стабильно»,- добавляет он.

Стандартный материалы, которые все еще используются при производстве резистров для интегральных схем технически не достаточно обеспечивают достаточного сопротивления при тех малых размерах, которые требуются для КФП цепей.

Уорбертон и его коллеги использовали сложный оксид хрома (закись хрома), создав новый высокоомный, компактный наноразмерный резистор. Исследователи создали тонкую пленку оксида хрома, используя технику, называемую «напылением». Они смогли настроить сопротивление пленок оксида хрома, регулируя содержание кислорода в пленках: чем выше содержание кислорода, тем больше сопротивление.

«Замена хрома на кислород влияет как на число электронов, способных проводить ток, так и на наличие для электронов возможностей прохождения через материал», объясняет Уорбертон.

Исследователи охладили резисторы до 4.2 градусов Кельвина и измерили удельное сопротивление при  различных соотношениях массы кислорода и хрома в образце. Плохо проводящие материалы, такие как тонкие пленки оксида хрома, исследуемые учеными, обычно имеют большое сопротивление при низких температурах, и любые резисторы, используемые в КФП устройствах должны будут работать при холодных температурах, когда квантовые эффекты доминируют над классическими. Исследователи установили, что резисторы с большим содержанием кислорода, имеют достаточно большое сопротивление, чтобы удовлетворять большинству требований для КФП цепей.