Большинство химических элементов обретают свойства сверхпроводимости при низких температурах или высоком давлении. До настоящего времени не удавалось перевести в такое состояние лишь некоторые из них, например, медь, серебро, золото, а из полупроводников – германий. Немецкие ученые из Дрезденского научно-исследовательского центра показали, что высоколегированный германий может переходить в сверхпроводящее состояние при атмосферном давлении.

Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters (Superconducting state in a gallium-doped germanium layer at low temperatures).

При низких температурах беспримесные полупроводники, как известно, приобретают свойства диэлектриков, а потому для демонстрации эффекта сверхпроводимости их, очевидно, необходимо легировать. В данной работе для легирования использовались ионы галлия, которые вводились в структуру материала методом ионной имплантации. В результате был получен слой примесного полупроводника толщиной 60 нм, причем на каждые 100 атомов германия в нем приходилось около 6 атомов галлия. После завершения легирования «поврежденную» кристаллическую решетку полупроводника необходимо восстановить: для этого поверхность материала быстро (в течение нескольких миллисекунд) нагревают.

Вот так видит художник процесс получения сверхпроводящего германия. Ионы галлия (показаны синим) проникают внутрь материала. Образуются куперовские пары (красные), и германий превращается в сверхпроводник. (Изображение: Sander Münster, Kunstkosmos)

Полученная полупроводниковая структура переходит в сверхпроводящее состояние при температуре около 0,5 К; ученые, впрочем, надеются повысить этот показатель путем изменения определенных параметров ионной имплантации и отжига. Говоря о достоинствах нового материала, авторы также отмечают необычно высокое значение критического магнитного поля (максимальной величины напряженности, при которой магнитное поле еще не проникает в полупроводник) для данной температуры.

Интересно, что германий, применявшийся для изготовления первого поколения транзисторов, в настоящее время практически «забыт» производителями электроники в связи с переходом на кремний. Однако эксперты предсказывают возможное возрождение интереса к этому материалу, поскольку на его основе можно создавать более миниатюрные схемы высокого быстродействия.