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英开发出可用于量子器件的薄膜电阻

来源: 科技日报  作者: 陈丹   2014-12-12 15:17  编辑: 郑唯


  科技日报讯(记者陈丹)英国伦敦纳米技术研究中心的科学家在《应用物理学杂志》上报告说,他们研制出了可用于纳米级量子电路的紧凑型高值电阻器,这种薄膜电阻有望推动量子计算器件和基础物理研究的发展。

  需要应用到高值电阻的一个例子就是量子相滑移(quantum phase-slip)电路。量子相滑移电路是用超导材料制作的狭窄电线制成的,它利用一种基本的、违反直觉的量子力学特性——量子隧穿效应,克服了经典物理学中难以逾越的能垒,使磁通量在电线中来回移动。2006年,荷兰科维理纳米科学研究所的科学家提出,量子相滑移电路可用于从新定义电流的国际单位——安培,目前的安培测量技术却还延续着19世纪使用的宏观测量方法,因此测量精度有限。有其他科学团队也提出,可以将量子相滑移设备作为量子计算机的量子位。

  在伦敦纳米技术研究中心主攻纳米器件的电子特性的实验家保罗·沃伯顿说,需要用电阻将量子相滑移设备中脆弱的量子态与嘈杂的经典世界隔离开来,确保设备的稳定运行。然而,用来制造集成电路电阻器的标准材料,通常并不能够满足量子相滑移电路所需要的微型化、高阻值电阻器的要求。因此,沃伯顿和他的同事转为用化合物氧化铬来开发这种紧凑型高值纳米电阻。据物理学家组织网12月9日报道,他们采用溅射淀积技术,制造出了氧化铬薄膜。通过控制薄膜中的氧含量,就能够调整氧化铬薄膜的电阻:氧含量越高,电阻值越大。

  研究人员将纳米薄膜电阻冷却到4.2开氏度(零下268.95摄氏度),并测量了各种氧-铬质量比下的电阻率。导电性能差的材料,比如这种氧化铬薄膜,一般在低温条件下会具有更高的电阻,而量子相滑移器件中使用的电阻也必须在足够低的温度下运行,以确保量子效应能够“战胜”经典效应并起作用。在氧含量最高的氧化铬薄膜中,研究人员测量到了高到足以符合大多数量子相滑移电路兼容要求的电阻值。

  他们还测量了氧化铬薄膜在一个铌-硅界面的接触电阻。用铌-硅纳米线制造量子相滑移电路,是定义新的安培标准的一种方法。研究小组发现,在氧化铬和铌-硅之间增加一层黄金,可以降低接触电阻,这是一个有利的结果。下一步他们计划将这种新电阻集成到量子相滑移器件中。


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