康奈尔大学希尔·卡萨皮 国家强磁场实验室的博士生菲利普·丹(左)和里特·乔杜里(右)，他们对同时具有超导性和量子霍尔效应的材料结构进行了测量
信用:由耶拿兴实验室提供 康奈尔大学的科学家们在计算和低温电子学的量子材料方面发现了一个新的竞争者
使用氮化物基材料，研究人员创造了一种材料结构，同时表现出超导性——电阻完全消失——和量子霍尔效应，当施加磁场时，量子霍尔效应产生非常精确的电阻
“这是我们所知的两种物质的美丽结合，在微观尺度上，这两种物质赋予了电子最惊人的量子特性，”大卫·耶拿说
伯尔电子与计算机工程学院和材料科学与工程系工程学教授
耶拿领导了这项研究，发表于2月16日
《科学进展》杂志19期，博士生菲利普·丹和副研究员古鲁·卡尔萨是该论文的资深作者
根据耶拿的说法，这两种物理性质很少同时出现，因为磁性就像超导材料的氪石
耶拿说:“磁场破坏超导性，但是量子霍尔效应只在大磁场的半导体中出现，所以你不得不面对这两个极端。”
“过去几年里，研究人员一直在试图鉴别出同时具有这两种特性的材料，但结果喜忧参半
" 这项研究是耶拿-兴实验室的最新验证，证明氮化物材料可能比以前认为的更能提供科学
氮化物传统上被用于制造智能手机和家庭照明等产品的发光二极管和晶体管，这使它们成为量子计算和低温电子领域被忽视的工业级材料
“这种材料本身并不像硅那么完美，这意味着它有更多的缺陷，”合著者惠利格蕾丝兴说，威廉L
电气与计算机工程以及材料科学与工程教授
“但由于其坚固性，这种材料不止一次给研究界带来惊喜，尽管它的结构非常不规则
也许有一条路可以让我们真正整合量子计算的不同形式——计算、记忆、通信
" 这种集成有助于缩小量子计算机和其他下一代电子产品的尺寸，就像经典计算机从仓库缩小到口袋大小一样
耶拿说:“我们想知道这种材料平台能实现什么，因为我们看到它正在检查许多盒子。”他补充说，随着进一步的研究，新的物理现象和技术应用可能会出现
“它有一个超导体、一个半导体、一种过滤材料——它有各种各样的其他成分，但我们还没有把它们都放在一起
我们刚刚发现它们可以共存
" 为了这项研究，康奈尔团队开始设计外延氮化物异质结构——氮化镓和氮化铌原子薄层——并寻找各层中的磁场和温度保持各自量子霍尔和超导特性的条件
他们最终发现了一个小窗口，在这个窗口中可以同时观察到这些特性，这要归功于与海军研究实验室的同事们密切合作生产的材料和结构质量的进步
“氮化铌超导体的质量得到了足够的提高，它可以在更高的磁场中生存，同时我们必须提高氮化镓半导体的质量，使它可以在更低的磁场中表现出量子霍尔效应，”当说
“这才是真正允许在低温下看到潜在新物理的原因
" 这种材料结构的潜在应用包括更高效的电子设备，例如冷却到极低温度以消除热量浪费的数据中心
该结构首次为氮化物半导体和超导体在拓扑量子计算中的应用奠定了基础，在拓扑量子计算中，电子的运动必须对氮化物中常见的材料缺陷具有弹性
“我们已经表明，制造这种拓扑相所需的成分可以在相同的结构中，”卡尔萨说，“我认为氮化物的灵活性确实为探索物质的拓扑状态开辟了新的可能性和途径。”
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