Ультратонкие сверхпроводящие чернила могут быть использованы в квантовых компьютерах

 Сверхпроводящие чернила, изготовленные с помощью простого процесса, называемого химическим отшелушиванием, можно использовать для печати холодных цепей внутри квантовых компьютеров и аппаратов МРТ.

Сверхпроводящие чернила, которые можно печатать на поверхностях слоем толщиной в одну молекулу, могут оказаться полезными для создания схем для квантовых компьютеров. Чернила на основе дисульфида вольфрама более стабильны, чем другие сверхпроводящие чернила, и их проще изготовить, что служит хорошим предзнаменованием для будущих применений.

Когда материал является сверхпроводящим, электричество может проходить через него с нулевым сопротивлением, что делает его чрезвычайно эффективным способом передачи энергии. Сверхпроводящие материалы также обладают особыми магнитными свойствами, но их, как правило, трудно изготовить, и они разрушаются под воздействием воздуха или температур, слишком далеких от абсолютного нуля.

Сяоюй Сонг и Лесли Шуп из Принстонского университета и их коллеги изготовили чернила на основе дисульфида вольфрама, используя процесс, называемый химическим отшелушиванием. Они начали с материала, состоящего из чередующихся слоев дисульфида вольфрама и калия. «Представьте, что у вас есть блинный торт — все эти блины сложены друг на друга, а между ними кремовая начинка. Дисульфид вольфрама — это креп, а калий — это начинка», — говорит Сонг. Когда слоистый материал помещают в разбавленную серную кислоту, это похоже на погружение блинного пирога в воду: калий растворяется, и остаются только тонкие слои дисульфида вольфрама.

Когда кислота и остатки калия были смыты, у исследователей остались тонкие слои вольфрама, взвешенные в воде. Затем этот раствор можно было напечатать на стеклянной, пластиковой или кремниевой подложке, сформировав слой дисульфида вольфрама толщиной всего в одну молекулу.

Напечатанный рисунок оставался стабильным в условиях окружающей среды без защитного контейнера или покрытия в течение как минимум 30 дней. Когда чернила были заморожены до температуры ниже 7,3 Кельвина (-266°C), даже после того, как они некоторое время оставались на открытом воздухе, чернила становились сверхпроводящими. «Вы можете носить его с собой или установить при комнатной температуре, а затем вам просто нужно его заморозить», — говорит Шуп. «Однако вам понадобится жидкий гелий — к сожалению, вы не сможете сделать это в своем домашнем морозильнике».

Этот процесс намного проще, чем те, которые использовались для других сверхпроводящих чернил, для которых требуются защитные слои, чтобы предотвратить их разрушение с течением времени. Это могло бы облегчить промышленное производство этих чернил, хотя требования к температуре блокируют некоторые потенциальные применения. «Это все еще может быть практичным в вещах, которые уже охлаждены, например, в квантовых компьютерах или машинах МРТ, где вы уже сильно охлаждаете свои системы», — говорит Шуп. Исследователи надеются, что в будущем этот метод можно будет использовать для создания чернил, обладающих сверхпроводимостью при более высоких температурах.

Источник