英開發(fā)出可用于量子器件的薄膜電阻

    英國(guó)倫敦納米技術(shù)研究中心的科學(xué)家在《應(yīng)用物理學(xué)雜志》上報(bào)告說，他們研制出了可用于納米級(jí)量子電路的緊湊型高值電阻器，這種薄膜電阻有望推動(dòng)量子計(jì)算器件和基礎(chǔ)物理研究的發(fā)展。

    需要應(yīng)用到高值電阻的一個(gè)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(dǎo)材料制作的狹窄電線制成的，它利用一種基本的、違反直覺的量子力學(xué)特性——量子隧穿效應(yīng)，克服了經(jīng)典物理學(xué)中難以逾越的能壘，使磁通量在電線中來回移動(dòng)。2006年，荷蘭科維理納米科學(xué)研究所的科學(xué)家提出，量子相滑移電路可用于從新定義電流的國(guó)際單位——安培，目前的安培測(cè)量技術(shù)卻還延續(xù)著19世紀(jì)使用的宏觀測(cè)量方法，因此測(cè)量精度有限。有其他科學(xué)團(tuán)隊(duì)也提出，可以將量子相滑移設(shè)備作為量子計(jì)算機(jī)的量子位。

    在倫敦納米技術(shù)研究中心主攻納米器件的電子特性的實(shí)驗(yàn)家保羅·沃伯頓說，需要用電阻將量子相滑移設(shè)備中脆弱的量子態(tài)與嘈雜的經(jīng)典世界隔離開來，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，用來制造集成電路電阻器的標(biāo)準(zhǔn)材料，通常并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(zhuǎn)為用化合物氧化鉻來開發(fā)這種緊湊型高值納米電阻。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)12月9日?qǐng)?bào)道，他們采用濺射淀積技術(shù)，制造出了氧化鉻薄膜。通過控制薄膜中的氧含量，就能夠調(diào)整氧化鉻薄膜的電阻：氧含量越高，電阻值越大。

    研究人員將納米薄膜電阻冷卻到4.2開氏度（零下268.95攝氏度），并測(cè)量了各種氧-鉻質(zhì)量比下的電阻率。導(dǎo)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(huì)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(yùn)行，以確保量子效應(yīng)能夠“戰(zhàn)勝”經(jīng)典效應(yīng)并起作用。在氧含量最高的氧化鉻薄膜中，研究人員測(cè)量到了高到足以符合大多數(shù)量子相滑移電路兼容要求的電阻值。

    他們還測(cè)量了氧化鉻薄膜在一個(gè)鈮-硅界面的接觸電阻。用鈮-硅納米線制造量子相滑移電路，是定義新的安培標(biāo)準(zhǔn)的一種方法。研究小組發(fā)現(xiàn)，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(gè)有利的結(jié)果。下一步他們計(jì)劃將這種新電阻集成到量子相滑移器件中。