Сотрудники НОШ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» предложили метод миниатюризации контактов Джозефсона для цифровых сверхпроводниковых схем. Ученым удалось найти способ уменьшить планарные размеры такой структуры до «уровня» полупроводникового 40-нм техпроцесса.

Результаты работы демонстрируют перспективы применения сверхпроводниковой технологии в области суперкомпьютеров и опубликованы в журнале Physical Review Applied.

Сверхпроводящие процессоры для квантовой индустрии обеспечивают связь между электроникой, работающей при комнатной температуре, и устройствами, функционирующими при суб-кельвиновых температурах. Такие системы отличаются также выдающейся энергоэффективностью и высокими тактовыми частотами. Эта технология получила огромный толчок к развитию в последнее десятилетие, однако ее развитие сдерживает низкая степень интеграции. Одна из самых сложных проблем в этой области – уменьшение размера джозефсоновского контакта, нелинейного элемента сверхпроводниковых цепей. С физической точки зрения, эта гетероструктура – просто «слабая связь» между двумя сверхпроводниками.

«В работе мы рассмотрели различные варианты реализации джозефсоновских контактов в поисках структуры, способной «пережить» масштабирование до нанометровых размеров для использования в цифровой сверхпроводниковой технологии. Такие контакты должны обладать высокими значениями критического тока, сопротивления в нормальном состоянии и высокой воспроизводимостью параметров на изготовленном чипе», – рассказывает доцент физического факультета МГУ Николай Кленов.

Сотрудники МГУ исследовали вместе с коллегами наиболее распространенные типы джозефсоновских гетероструктур с точки зрения их масштабируемости и показали, что контакт «сверхпроводник – металл – сверхпроводник» в геометрии «мостик переменной толщины» допускает многообещающую миниатюризацию планарных размеров. Ученые теоретически рассчитали температурные зависимости критического тока и характерного напряжения для различных интерфейсов.

Николай Кленов также добавил, что полученные результаты показали: контакт с высоким (до 1 милливольта) значением характерного напряжения может быть изготовлен из широко используемой комбинации материалов, таких как Nb и Cu, с использованием хорошо отработанных технологических процессов.