研究者らは、一般的な半導体であるゲルマニウムにガリウム原子を精密にドーピングすることで超伝導性を達成した。この画期的な成果は新しい研究で詳述されており、より効率的な量子デバイスと低温電子機器を可能にする可能性がある。この材料は3.5ケルビンで抵抗ゼロの電気伝導を行う。
数十年にわたり、科学者らはゲルマニウムのような半導体の特性と、抵抗なしに電流を流す超伝導性を組み合わせることを目指してきた。ゲルマニウムはコンピューターチップや光ファイバーで広く使用され、現代の電子工学の基盤を形成しているが、超伝導性を誘起するのは、精密な原子配列の必要性から挑戦的だった。
ニューヨーク大学、クイーンズランド大学、ETHチューリッヒ、オハイオ州立大学の研究者らが率いるチームは、分子線エピタキシーを用いてゲルマニウム薄膜にガリウム原子を組み込むことで成功した。このドーピングプロセスは、先進的なX線手法によって導かれ、ガリウムがゲルマニウム原子を置き換える安定した結晶構造を作成し、3.5ケルビン（約-453°F）での電子対形成による超伝導性を可能にする。
「ゲルマニウムでの超伝導性の確立は...多数の消費者製品と産業技術を潜在的に革命化できる」と、ニューヨーク大学の物理学者で量子情報物理学センターのディレクターであるジャヴァド・シャバニ氏は述べた。
2025年にNature Nanotechnologyに掲載されたこの研究は、量子回路と低電力電子機器への潜在的な応用を強調している。クイーンズランド大学の物理学者ピーター・ジェイコブソンは、この材料が超伝導領域と半導体領域の間のクリーンな界面を可能にし、スケーラブルな量子デバイスに不可欠であると指摘した。「これらの材料は将来の量子回路、センサー、低電力低温電子機器の基盤となる可能性がある」とジェイコブソンは語った。
以前のアプローチが結晶欠陥を引き起こしたのに対し、この方法はシリコンレイヤーと互換性のある均一な構造を保証し、量子技術での信号吸収を低減する。ケンブリッジ大学のデビッド・カドウェル氏は、これを超冷却を必要とする量子コンピューティングにとって潜在的に変革的だと述べた。この研究は米国空軍科学調査局からの部分的支援を受けた。