DQZHAN技術(shù)訊：納米電阻器：控制材料氧原子含量調(diào)節(jié)阻值
用電子顯微鏡拍攝，顯示了通過(guò)量子相位滑移納米絲鏈接的兩個(gè)小型氧化鉻電阻器的串聯(lián)電路。(納米絲太微小以至于在此尺度無(wú)法顯示) 圖片來(lái)源：James Sagar, Nick Constantino, Chris Nash, Jon Fenton and Paul Warburton/ 英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院 此圖是用電子顯微鏡拍攝，顯示了通過(guò)量子相位滑移納米絲鏈接的兩個(gè)小型氧化鉻電阻器的串聯(lián)電路。(納米絲太微小以至于在此尺度無(wú)法顯示) 圖片來(lái)源：James Sagar, Nick Constantino, Chris Nash, Jon Fenton and Paul Warburton/英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院
《應(yīng)用物理雜志》的一篇新研究表明，新型氧化鉻薄層電阻的電子特性可以通過(guò)控制材料氧原子的成分含量來(lái)調(diào)節(jié)。
2014年12月9日華盛頓 倫敦納米技術(shù)中心的研究者們*近為量子電路制作出了一種新型小巧的高阻電阻器。這種電阻器推動(dòng)了量子器材在計(jì)算和基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域方面的應(yīng)用。研究者們?cè)诿绹?guó)物理聯(lián)合會(huì)出版的《應(yīng)用物理雜志》的一篇文章中描述了這種薄膜電阻器。
這種電阻器的應(yīng)用之一就是可使用于量子相位滑移電路(QPS)中。這種電路是由極窄細(xì)的超導(dǎo)材料絲制成，這種超導(dǎo)絲可以利用一種基本的，反直覺(jué)的量子特性叫做量子隧穿效應(yīng)，使磁通量在超導(dǎo)絲中來(lái)回移動(dòng)并突破勢(shì)壘——這一點(diǎn)是在我們常規(guī)的經(jīng)典力學(xué)的世界中不可企及的。
在2006年，荷蘭Kavli納米科技研究所的科學(xué)家們提出了量子相位滑移電路能夠用來(lái)重新定義“安培”——即電流的度量單位--通過(guò)將QPS和宇宙的基本特性聯(lián)系到一起(而不是與在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室里的物理體系聯(lián)系在一起)。其他的研究組也提出可將QPS器件作為量子位而應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)中——量子位是這類計(jì)算機(jī)里*基本核心的量子信息單位。
倫敦納米技術(shù)中心研究納米元件電子特性的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家Paul Warburton說(shuō)，電阻器需要將QPS器件中脆弱不穩(wěn)定的量子態(tài)與充滿噪音的外部世界隔離開。“在作為電流標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用中，電阻器也起到使量子器件能夠穩(wěn)定工作的作用。”他補(bǔ)充說(shuō)。
但制作集成電路中電阻的常規(guī)材料通常不能在很小的形態(tài)下為QPS電路提供所需的足夠的阻值。
Warburton和他的合作者轉(zhuǎn)而使用氧化鉻的復(fù)合物制作出具有高阻值的，小巧緊湊的納米電阻器。他們使用一種叫做霧化噴射沉積的技術(shù)制作氧化鉻薄層電阻。通過(guò)控制薄層中氧原子的成分濃度，研究人員能夠調(diào)節(jié)氧化鉻薄層的電阻：氧原子的成分越多，電阻阻值就越高。
“用氧原子取代鉻原子既會(huì)影響承載電流的電子數(shù)量，也會(huì)影響電子在材料中跳躍的途徑?！盬arburton解釋說(shuō)。
研究者將電阻器在4.2開爾文溫度下冷卻并對(duì)具有不同氧原子和鉻原子質(zhì)量比的材料測(cè)量其電阻率。導(dǎo)電性差的材料，比如研究者們所測(cè)試的氧化鉻薄層材料，在低溫時(shí)一般都有較高的阻值，而QPS電路所要求的電阻器是在低溫下能夠正常工作的電阻，因?yàn)橹挥挟?dāng)溫度足夠低的時(shí)候，量子效應(yīng)才會(huì)超越經(jīng)典效應(yīng)成為主導(dǎo)。對(duì)于氧原子成分含量*高的電阻器，研究者們也測(cè)量到了能夠兼容絕大多數(shù)QPS電路需求的高電阻值。
該研究組也描述了氧化鉻薄層在鈮硅材料交界面的接觸電阻特性。用鈮硅納米絲制作QPS電路是為安培測(cè)量新的量子標(biāo)準(zhǔn)的一種方法。研究人員發(fā)現(xiàn)在氧化鉻和鈮硅材料之間加入一層金的中間層可以降低接觸阻值——這是一項(xiàng)有利的結(jié)果。研究人員的下一步計(jì)劃是將他們的新型電阻器合并入QPS器件中。
