in collaborazione con SAVE News

Un team di ricercatori dell'Istituto nanoscienze del Cnr (Cnr Nano) ha sviluppato un approccio innovativo all'elettronica superconduttiva, ideando una piattaforma chiamata InAs-on-Insulator (InAsOI). Questa soluzione migliora le prestazioni dei circuiti quantistici superconduttivi, favorendo miniaturizzazione e funzionalità avanzate, con nuove prospettive per le tecnologie quantistiche del futuro. La ricerca, pubblicata su Advanced Functional Materials, è stata coordinata da Francesco Giazotto di Cnr Nano, con il contributo di Alessandro Paghi, Giorgio De Simoni, Omer Arif e Lucia Sorba, di Cnr Nano, e di Giacomo Trupiano della Scuola Normale Superiore.

Lo studio si è concentrato su circuiti superconduttivi ibridi, basati su materiali semiconduttori come l'arseniuro di indio (InAs) e superconduttori come l'alluminio, fondamentali per lo sviluppo dell'elettronica quantistica veloce e a basso consumo energetico. Solitamente questi circuiti sono realizzati su substrati tridimensionali, pozzi quantici bidimensionali o nanofili unidimensionali, soluzioni che presentano limiti specifici. Il nuovo substrato InAs-on-insulator offre vantaggi unici rispetto a queste alternative.

La piattaforma InAs-on-insulator (InAsOI ) è costituita da uno strato sottile di arseniuro di indio (InAs) cresciuto mediante una tecnica di crescita epitassiale su uno strato metamorfico InAlAs, che funge da isolante elettrico a basse temperature. "Le proprietà isolanti di questo strato, quando si opera a temperature criogeniche ovvero bassissime, riducono efficacemente le interferenze elettriche indesiderate tra dispositivi adiacenti, una caratteristica cruciale per la miniaturizzazione e l'integrazione di circuiti complessi", spiega Alessandro Paghi.

"Ulteriore vantaggio della piattaforma InAsOI è la possibilità di modificare localmente la densità elettronica dello strato di InAs dopo la crescita del materiale. Questo consente un controllo più preciso di proprietà elettroniche importanti e la possibilità di realizzare dispositivi quantistici con proprietà diverse sullo stesso substrato".

I circuiti superconduttivi ibridi testati dai ricercatori sulla nuova piattaforma InAsOI hanno mostrato ottime prestazioni, tra cui la capacità di sostenere correnti non dissipative elevate. "Rispetto alle piattaforme superconduttive esistenti e consolidate, la nuova InAsOI offre prestazioni competitive o superiori", commenta Francesco Giazotto, che a Cnr Nano guida il Laboratorio di elettronica quantistica superconduttiva (SQEL).

"Permette infatti di realizzare dispositivi esposti in superficie, semplificando la lavorazione, riduce le interferenze tra circuiti vicini e supporta supercorrenti elevate, favorendo la miniaturizzazione senza compromessi sulle prestazionii".

"InAsOI apre inoltre la strada allo studio di fenomeni quantistici innovativi, come la supercorrente non reciproca e le transizioni di fase topologiche, e supporta diverse architetture elettroniche quantistiche, tra cui qubit superconduttivi, transistori superconduttivi, diodi ed interferometri", conclude il ricercatore.

La piattaforma InAsOI è stata sviluppata presso il laboratorio Nest della Scuola Normale Superiore di Pisa, grazie alla collaborazione tra due team di Cmr Nano: il gruppo MBE, guidato da Lucia Sorba, e il laboratorio SQEL, diretto da Francesco Giazotto.

I substrati InAsOI sono stati cresciuti mediante la tecnica della Molecular Beam Epitaxy, mentre le giunzioni Josephson sono state fabbricate e caratterizzate a temperature prossime allo zero assoluto nel laboratorio SQEL. Lo studio è stato supportato dai progetti europei SPECTRUM e SUPERGATE.