ETH baut erstes supraleitendes Quantenelement aus Graphen

04. November 2022 12:21

Zürich - Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) ist erstmals der Bau eines supraleitenden SQUIDs gelungen. Die Elemente aus Graphen kommen in der Quantentechnologie als Quanten-Bits zum Einsatz. Damit erweitert sich das Einsatzspektrum des Kohlenstoffs Graphen deutlich.

ETH-Forschende haben aus verdrehten Graphen-Doppelschichten erstmals ein supraleitendes Element gefertigt, nämlich ein SQUID (superconducting quantum interference device). In der Quantentechnologie kommen diese empfindlichen Sensoren als Quanten-Bits (Qubits) zum Einsatz. Das sind grundlegende Elemente, mit denen Quantenoperationen durchgeführt und komplexere Schaltkreise gebaut werden können.

Diese Premiere baut gemäss einer Mitteilung auf der Arbeit von Forschenden aus der Gruppe von Klaus Ensslin und Thomas Ihn am Laboratorium für Festkörperphysik an der ETH auf. Sie konnten vor rund einem Jahr zeigen, dass man mit verdrehtem Graphen sogenannte Josephson-Kontakte bauen kann, die Grundbausteine von supraleitenden Bauelementen.

Als Durchbruch für die SQUID-Technologie wollen die Forschenden ihren supraleitenden Graphen-SQUID jedoch nicht bezeichnen. Denn diese Graphen-SQUIDs sind nicht sensitiver als herkömmliche SQUIDs aus Aluminium und müssen wie diese ebenfalls auf Temperaturen von weniger als 2 Grad über dem absoluten Nullpunkt heruntergekühlt werden. Doch sie erweiterten das Einsatzspektrum merklich, so Ensslin: „Wir konnten bereits vor fünf Jahren zeigen, dass man mit Graphen sogenannte Einzel-Elektronen-Transistoren bauen kann. Nun kommt noch die Supraleitung hinzu.“

Bemerkenswert sei, dass das Graphen je nach angelegter Spannung isolierend, leitend oder eben supraleitend sein kann. Ausserdem könne man nun den Transistor eines Halbleiters und das SQUID eines Supraleiters in einem einzigen Material kombinieren. Die nächsten Forschungsarbeiten wollen sich laut Ensslin damit befassen, die Vorteile zweier Quantensysteme mithilfe von Graphen auf dem gleichen Kristall miteinander zu koppeln. mm

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