打破量子研究障礙   鎂鉭塗層實現超導裝甲

編譯／高晟鈞

鉭是一種超導材料，在建造量子位元方面顯示出巨大的潛力。美國能源部國家實驗室的科學家近日發現，在鉭外覆蓋一層鎂薄膜塗層可以防止氧化，提高鉭作為超導體的工作溫度，吸收材料中的雜質，增加鉭在量子位元中保留量子資訊的能力。

氧化與解答

製作鉭薄膜時，必須處於真空室中，問題就發生在它離開真空室後。當氧氣與鉭發生反應時，會形成一層非晶質（內部原子排列處於無規則狀態）絕緣層，電流從鉭晶格流過時，會從中吸取少量能量，這種能量損失破壞了量子相干性（材料將量子資訊保持在相干狀態的能力），影響鉭材料的穩定性。

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研究團隊於是嘗試在鉭薄膜上塗上一層薄薄的鎂塗層，試圖阻止鉭與空氣的作用。在透過電子顯微鏡對材料的結構和化學性質進行逐個原子層成像後，研究團隊發現，儘管鉭氧化層仍舊會形成，但並不會影響鉭晶格的其他部分。

與未塗層前相比，氧化鉭的厚度從三奈米降低至一奈米；更重要的是，鉭能夠保留其優秀的超導電子特性。

鎂塗層裝甲構建而成的未來

一層薄薄的「鎂塗層裝甲」究竟為何有如此奇效呢？簡單來說，相比於鉭，鎂對氧氣的親和力更高，更直白地說，儘管氧氣對於鉭有很高的親和力，但與鎂「在一起」時更為快樂。甚至並不需要很多鎂來完成這種裝甲塗層，僅僅兩奈米厚度的鎂便可以完成阻止鉭的氧化。

鎂塗層裝甲可以持續至少超過一個月，吸收鉭中的雜質、提高其作為超導體的工作溫度，形成一道完美的空氣屏障。

鎂塗層的發現對於量子電腦與超導體的應用極為重要，因為超導體的運作通常需要在極低的溫度下進行，這將對實現大規模、高性能的量子計算系統奠定了良好的基礎。

資料來源:ScitechDaily

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