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首次实现锗材料的超导！
2025年11月04日 14:42:36
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：5462
科学家首次成功使锗材料这一广泛应用于计算机芯片和光纤的关键半导体材料实现超导。相关成果已发表于《自然·纳米技术》期刊。
近日，一项由美国纽约大学、俄亥俄州立大学、澳大利亚昆士兰大学及瑞士苏黎世联邦理工学院等机构合作完成的研究取得重要突破：科学家首次成功使锗材料这一广泛应用于计算机芯片和光纤的关键半导体材料实现超导。相关成果已发表于《自然·纳米技术》期刊。
研究团队通过分子束外延技术，将镓原子精确掺入锗晶格中，实现了高浓度掺杂，同时保持了晶体结构的稳定性。这种经过调控的锗薄膜在约3.5开尔文(约合-269.7℃)的低温下展现出零电阻导电特性，即超导性。
长期以来，科学界一直试图在硅、锗等传统半导体中实现超导，以提升计算机芯片和太阳能电池的运行速度与能源效率，并推动量子技术的发展。然而，由于高浓度掺杂通常会破坏晶体结构，导致材料不稳定，这一目标始终难以实现。此次研究通过分子束外延技术实现原子级精度的晶体生长，成功克服了该难题。
锗与硅同属元素周期表第IV族，具有类金刚石晶体结构，以其稳定性和灵活性著称，电学性质介于金属与绝缘体之间，是现代半导体工业的核心材料。研究指出，锗在常规条件下并不具备超导能力，但通过改变其原子排列，调控晶体结构，可诱导形成支持电子配对的能带结构，从而实现超导。
该成果不仅深化了对IV族半导体物理特性的理解，更在应用层面展现出广阔前景。
超导锗能有在现有半导体制造工艺基础上实现，有望为可扩展、集成化的量子电路、传感器和低功耗低温电子器件等提供关键材料平台。特别是，该材料能够在超导区域与半导体区域之间形成洁净界面，这对构建高性能量子器件至关重要。
纽约大学量子信息物理中心主任贾瓦德·沙巴尼表示："在已广泛用于计算机芯片和光纤的锗材料中实现超导，有潜力为数以百计的消费产品和工业技术带来革命性变革。"
昆士兰大学物理学家彼得·雅各布森也指出："锗已是先进半导体技术的主力材料。因此，通过证明在受控生长条件下它也能实现超导，如今为可扩展、符合晶圆厂要求的量子设备带来了潜力。"
此项研究标志着半导体与超导技术融合迈出关键一步，为未来低功耗、高效率电子系统及实用化量子技术的发展提供了新的可能。
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