حقق الباحثون التوصيل الفائق في الجرمانيوم، وهو شبه موصل شائع، من خلال إدخال ذرات الغاليوم بدقة فيه. هذا الاختراق، المفصل في دراسة جديدة، قد يمكن من أجهزة كمومية وإلكترونيات مبردة أكثر كفاءة. يوصل المادة الكهرباء بمقاومة صفر عند 3.5 كلفن.
لعقود، سعى العلماء إلى دمج خصائص المواد شبه الموصلة مثل الجرمانيوم مع التوصيل الفائق، الذي يسمح للتيارات الكهربائية بالتدفق دون مقاومة. الجرمانيوم، المستخدم على نطاق واسع في رقائق الحواسيب وألياف البصريات، يشكل أساس الإلكترونيات الحديثة، لكن إحداث التوصيل الفائق أثبت صعوبة بسبب الحاجة إلى ترتيبات ذرية دقيقة.
نجح فريق بقيادة باحثين من جامعة نيويورك، وجامعة كوينزلاند، وETH زيوريخ، وجامعة أوهايو ستيت باستخدام الإبيتاكسي بالحزم الجزيئية لإدخال ذرات الغاليوم في أفلام الجرمانيوم. هذه العملية للإدخال، الموجهة بطرق أشعة إكس متقدمة، تخلق هيكلاً بلورياً مستقراً حيث يحل الغاليوم محل ذرات الجرمانيوم، مما يمكن من اقتران الإلكترونات للتوصيل الفائق عند 3.5 كلفن، أو حوالي -453 درجة فهرنهايت.
"إقامة التوصيل الفائق في الجرمانيوم... يمكن أن يحدث ثورة محتملة في عشرات المنتجات الاستهلاكية والتقنيات الصناعية"، قال جافاد شبانی، فيزيائي في جامعة نيويورك ومدير مركزها لفيزياء المعلومات الكمومية.
الدراسة، المنشورة في Nature Nanotechnology في عام 2025، تبرز تطبيقات محتملة في الدوائر الكمومية والإلكترونيات منخفضة الطاقة. أشار بيتر جاكوبسون، فيزيائي في جامعة كوينزلاند، إلى أن المادة تسمح بواجهات نظيفة بين المناطق الموصلة فائقاً وشبه الموصلة، وهي أساسية للأجهزة الكمومية القابلة للتوسع. "يمكن لهذه المواد أن تكون أساس الدوائر الكمومية المستقبلية، والحساسات، والإلكترونيات المبردة منخفضة الطاقة"، قال جاكوبسون.
على عكس الطرق السابقة التي تسببت في عيوب بلورية، يضمن هذا الطريقة هياكل موحدة متوافقة مع طبقات السيليكون، مما يقلل من امتصاص الإشارات في التقنيات الكمومية. وصف ديفيد كاردويل في جامعة كامبريدج ذلك بأنه محتمل التحول للحوسبة الكمومية، التي تتطلب تبريداً فائقاً. تلقى العمل دعماً جزئياً من مكتب البحوث العلمية للقوة الجوية الأمريكية.