arXiv:硅基兼容超导体YSi2转变温度达20.6K,量子计算制冷成本有望大降
8月17日提交arXiv的研究(arXiv:2608.16062)报道在块体二硅化钇(YSi₂)及YSi₂/Si超晶格中实现最高20.6K的超导转变温度(Tc)。研究背景直指当前量子计算硬件的核心瓶颈之一:领先量子计算机的基本单元——约瑟夫森结——核心导电层通常采用硅晶圆上沉积的超导铝,但块体铝的Tc仅约1.1K,低于液氦沸点(4.2K),制约其广泛应用,也使稀释制冷机成为超导量子芯片的标配、推高硬件与运维成本。研究团队提出并验证了与硅匹配的AlB₂型结构超导候选:块体YSi₂中测得Tc最高达20.6K,YSi₂/Si超晶格同样展现超导电性,且化学平坦化界面策略被用于降低界面散射对超导的抑制。20.6K的温区可用单级闭循环氦制冷机覆盖,无需稀释制冷或液氦——若该材料能集成进约瑟夫森结工艺,超导量子比特的制冷门槛与能耗有望大幅下降。对超导电子学与量子计算硬件供应链而言,这是"硅基兼容超导"路线继硅化物研究之后的又一实质进展,其与现有半导体工艺的兼容性是相比氮化铌等高温超导材料的独特优势。研究还指出,AlB2型结构在硅衬底上的外延可行性使该材料可与标准CMOS后端工艺共存,为超导量子比特与经典控制电路的三维集成提供了想象空间。下一步工作将聚焦薄膜质量优化与约瑟夫森结器件验证——若结品质因子达标,YSi2有望成为继铝、氮化铌之后第三条主流超导布线与电极材料路线,其对制冷链路的降本效果将是量子计算规模化的重要变量。
(来源:arXiv)