Forskare har uppnått supraledning i germanium, ett vanligt halvledarmaterial, genom att precist dope det med galliumatomer. Detta genombrott, som beskrivs i en ny studie, kan möjliggöra mer effektiva kvantdatorer och kryogenisk elektronik. Materialet leder elektricitet med noll motstånd vid 3,5 Kelvin.
I årtionden har forskare sökt efter att kombinera egenskaperna hos halvledare som germanium med supraledning, som tillåter elektriska strömmar att flöda utan motstånd. Germanium, som används i datorchip och fiberoptik, utgör grunden för modern elektronik, men att inducera supraledning har visat sig utmanande på grund av behovet av precisa atomarrangemang.
Ett team ledd av forskare från New York University, University of Queensland, ETH Zurich och Ohio State University lyckades genom att använda molekylstråleepitaxi för att incorporera galliumatomer i germaniumnfilmer. Denna dopningsprocess, vägledd av avancerade röntgenmetoder, skapar en stabil kristallstruktur där gallium ersätter germaniumatomer, vilket möjliggör elektronparning för supraledning vid 3,5 Kelvin, eller cirka -453 grader Fahrenheit.
"Att etablera supraledning i germanium... kan potentiellt revolutionera ett stort antal konsumentprodukter och industriella teknologier", sade Javad Shabani, fysiker vid New York University och chef för dess Center for Quantum Information Physics.
Studien, publicerad i Nature Nanotechnology 2025, belyser potentiella tillämpningar i kvantkretsar och lågförbrukningselektronik. Peter Jacobson, fysiker vid University of Queensland, noterade att materialet tillåter rena gränssnitt mellan supraledande och halvledande regioner, vilket är essentiellt för skalbara kvantapparater. "Dessa material kan utgöra grunden för framtida kvantkretsar, sensorer och lågförbrukningskryogenisk elektronik", sade Jacobson.
Till skillnad från tidigare metoder som orsakade kristallfel säkerställer denna metod enhetliga strukturer som är kompatibla med kisel lager, vilket minskar signalabsorption i kvantteknologier. David Cardwell vid University of Cambridge beskrev det som potentiellt transformativt för kvantdatorer, som kräver supercoolning. Arbetet fick delvis stöd från US Air Force's Office of Scientific Research.