Forskare vid University of Bath i Storbritannien har hittat ett sätt att göra "enkristallflingor" som är så tunna och fria från defekter, de har potential att överträffa komponenter som används idag i kvantdatorkretsar.

Studien publiceras denna månad i tidskriften Nano bokstäver.

Teamet från universitetets fysiska institution gjorde sin upptäckt när man undersökte korsningen mellan två lager av superledaren niobiumdiselenid (NbSe ₂ ) efter att dessa lager hade klyvts isär, vridna cirka 30 grader i förhållande till varandra, sedan stämplade ihop igen. Vid klyvning, vridning och rekombination av de två skikten, forskarna kunde bygga en Superconducting Quantum Interferometer Device (SQUID) - en extremt känslig sensor som används för att mäta otroligt små magnetfält.

SQUID har ett brett spektrum av viktiga tillämpningar inom områden som inkluderar hälso- och sjukvård (som man ser i kardiologi och magnetoencefalografi - ett test som kartlägger hjärnans funktion) och mineralutforskning.

SQUIDS är också byggstenarna i dagens kommersiella kvantdatorer - maskiner som utför vissa beräkningsuppgifter mycket snabbare än klassiska datorer. Quantum computing är fortfarande i sin linda men under det kommande decenniet, det kommer sannolikt att förändra företagens och organisationernas problemlösningskapacitet inom många sektorer-till exempel genom att snabbt spåra upptäckten av nya läkemedel och material.

"På grund av deras atomiskt perfekta ytor, som är nästan helt felfria, vi ser potential för våra kristallina flingor att spela en viktig roll för att bygga framtidens kvantdatorer, "sade professor Simon Bending, som genomförde forskningen tillsammans med sin doktorsexamen studenten Liam Farrar. "Också, SQUID är idealiska för studier i biologi - till exempel de används nu för att spåra vägen för magnetiskt märkta läkemedel genom tarmen-så vi är mycket glada över att se hur våra enheter också kan utvecklas inom detta område. "

Som professor Bending snabbt påpekar, dock, hans arbete med SQUIDs gjorda med NbSe ₂ flingor är mycket i början av sin resa. "Detta är ett helt nytt och outforskat tillvägagångssätt för att göra SQUIDs och mycket forskning kommer att behöva göras innan dessa applikationer blir verklighet, " han sa.

Extremt tunna enkristaller

De flingor som Baths superledare är tillverkade av är extremt tunna enkristaller (10, 000 gånger tunnare än ett människohår) som lätt böjer sig, vilket också gör dem lämpliga för inkorporering i flexibel elektronik, som används i datortangentbord, optiska skärmar, solceller och olika bilkomponenter.

Eftersom bindningarna mellan lagren av NbSe ₂ är så svaga, klyvda flingor - med sina helt platta, defektfria ytor-skapa atomiskt skarpa gränssnitt när de skjuts ihop igen. Detta gör dem till utmärkta kandidater för de komponenter som används i kvantberäkning.

Även om detta inte är första gången NbSe ₂ lager har stämplats ihop för att skapa en svag supraledande länk, detta är den första demonstrationen av kvantinterferens mellan två sådana korsningar mönstrade i ett par vridna flingor. Denna kvantinterferens har gjort det möjligt för forskarna att modulera den maximala superström som kan flöda genom deras SQUID genom att applicera ett litet magnetfält, skapa en extremt känslig fältsensor. De kunde också visa att egenskaperna hos deras enheter systematiskt kunde justeras genom att variera vridningsvinkeln mellan de två flingorna.