英開發出可用於量子器件的薄膜電阻
- 發佈時間：2014-12-12 01:30:52 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 （記者陳丹）英國倫敦奈米技術研究中心的科學家在《應用物理學雜誌》上報告説，他們研製出了可用於奈米級量子電路的緊湊型高值電阻器，這種薄膜電阻有望推動量子計算器件和基礎物理研究的發展。
需要應用到高值電阻的一個例子就是量子相滑移（quantum phase-slip）電路。量子相滑移電路是用超導材料製作的狹窄電線製成的，它利用一種基本的、違反直覺的量子力學特性——量子隧穿效應，克服了經典物理學中難以逾越的能壘，使磁通量在電線中來回移動。2006年，荷蘭科維理奈米科學研究所的科學家提出，量子相滑移電路可用於從新定義電流的國際單位——安培，目前的安培測量技術卻還延續著19世紀使用的宏觀測量方法，因此測量精度有限。有其他科學團隊也提出，可以將量子相滑移設備作為量子電腦的量子位。
在倫敦奈米技術研究中心主攻奈米器件的電子特性的實驗家保羅·沃伯頓説，需要用電阻將量子相滑移設備中脆弱的量子態與嘈雜的經典世界隔離開來，確保設備的穩定運作。然而，用來製造積體電路電阻器的標準材料，通常並不能夠滿足量子相滑移電路所需要的微型化、高阻值電阻器的要求。因此，沃伯頓和他的同事轉為用化合物氧化鉻來開發這種緊湊型高值奈米電阻。據物理學家組織網12月9日報道，他們採用濺射淀積技術，製造出了氧化鉻薄膜。通過控制薄膜中的氧含量，就能夠調整氧化鉻薄膜的電阻：氧含量越高，電阻值越大。
研究人員將奈米薄膜電阻冷卻到4.2開氏度（零下268.95攝氏度），並測量了各種氧-鉻品質比下的電阻率。導電性能差的材料，比如這種氧化鉻薄膜，一般在低溫條件下會具有更高的電阻，而量子相滑移器件中使用的電阻也必須在足夠低的溫度下運作，以確保量子效應能夠“戰勝”經典效應並起作用。在氧含量最高的氧化鉻薄膜中，研究人員測量到了高到足以符合大多數量子相滑移電路相容要求的電阻值。
他們還測量了氧化鉻薄膜在一個鈮-硅界面的接觸電阻。用鈮-硅奈米線製造量子相滑移電路，是定義新的安培標準的一種方法。研究小組發現，在氧化鉻和鈮-硅之間增加一層黃金，可以降低接觸電阻，這是一個有利的結果。下一步他們計劃將這種新電阻整合到量子相滑移器件中。
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