Semicondutores so conectados a supercondutores pela primeira vez

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 08/07/2021

Juno de semicondutor com supercondutor

Semicondutores e supercondutores finalmente uniram-se em um contato direto, abrindo caminho no apenas para novas tecnologias, mas tambm para exploraes em busca de fenmenos fsicos ainda desconhecidos.

Os semicondutores, cujo exemplo mais conhecido o silcio, esto na base de toda a tecnologia eletrnica e computacional, enquanto os supercondutores so os materiais que conduzem eletricidade sem perdas, sendo a base dos magnetos das mquinas de ressonncia magntica e de aceleradores de partculas como o LHC, mas tambm de alguns dos computadores qunticos mais avanados.

O interesse na conexo desses dois tipos de materiais comea pela possibilidade de controlar e interfacear os computadores qunticos com os computadores tradicionais, passa pela possibilidade de fazer computao quntica com transistores comuns e vai at a busca pela compreenso dos supercondutores, um entendimento que ainda nos falta para descobrir como fazer supercondutores que funcionem a temperatura ambiente.

Rumo a uma fsica desconhecida

Como se todas aquelas possibilidades citadas acima no fossem o suficiente, h ainda mais do que isso: Uma das principais razes pelas quais essa combinao de semicondutor e supercondutor to interessante que os fsicos acreditam que esses componentes hbridos exibam novas propriedades e fenmenos fsicos desconhecidos.

“Em um supercondutor, os eltrons se organizam em pares, como parceiros em uma dana – com consequncias estranhas e maravilhosas, como o fluxo da corrente eltrica sem resistncia,” explica o professor Andreas Baumgartner, da Universidade da Basileia, na Sua.

“No dissulfeto de molibdnio semicondutor, por outro lado, os eltrons executam uma dana completamente diferente, uma estranha rotina solo que tambm incorpora seus momentos magnticos. Agora gostaramos de descobrir em quais danas novas e exticas os eltrons concordam se combinarmos esses materiais,” detalhou ele.

De fato, as medies dos supercondutores mostram que, nas temperaturas ultrafrias que esses materiais funcionam, no h espao para eltrons em voo solo, mas ningum detectou as duplas supercondutoras, conhecidas como pares de Cooper, em semicondutores.

A pergunta que se coloca ento como os eltrons se comportaro nessa interface entre um semicondutor e um supercondutor, conhecida como heterojuno. “O forte acoplamento um elemento-chave nos novos e excitantes fenmenos fsicos que esperamos ver em tais heteroestruturas de van der Waals, mas [isso algo que] nunca fomos capazes de demonstrar,” acrescenta o pesquisador Mehdi Ramezani.

Micrografia do componente hbrido real.
[Imagem: Mehdi Ramezani et al. – 10.1021/acs.nanolett.1c00615]

Heterojuno semicondutor-supercondutor

A fabricao do novo componente hbrido semi-super consistiu na montagem de um sanduche feito de diferentes materiais.

Isso exigiu um grande nmero de etapas diferentes, com todos os cuidados necessrios para evitar contaminaes em cada uma delas, uma vez que quaisquer impurezas prejudicariam seriamente o transporte de eltrons, atrapalhando o surgimento justamente dos fenmenos que se pretende observar.

Para proteger o semicondutor – que tem uma nica camada de tomos, como o grafeno – os pesquisadores acomodaram essa monocamada de molibdenita (dissulfeto de molibdnio) entre duas camadas tambm atomicamente finas de nitreto de boro, atravs das quais eles j haviam gravado os contatos verticalmente. A seguir, uma fina camada de rnio-molibdnio foi depositada como material de contato – esse material retm suas propriedades supercondutoras mesmo na presena de fortes campos magnticos.

Finalmente, trabalhando sob uma atmosfera protetora de nitrognio, os pesquisadores empilharam a camada de nitreto de boro sobre a camada de molibdenita e combinaram a parte inferior com uma camada adicional de nitreto de boro, bem como uma camada de grafeno para controle eltrico. Com a heteroestrutura pronta, ela foi ento depositada sobre uma pastilha de silcio e dixido de silcio, tornando-se um componente monoltico que pode ser usado em inmeros experimentos.

A equipe j est trabalhando na montagem dos experimentos para observar o que surge nessa interface to promissora.

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