美國科學家揭示了鑽石超導性的物理機制，這可能有助於工程師開發更強大的量子設備，包括多功能量子晶片。這個聯合研究團隊由美國能源部（DOE）阿爾貢國家實驗室（ANL）、賓夕法尼亞州立大學和芝加哥大學普利茨克分校的分子工程學院的專家組成。他們發現，在特定條件下，電流可以無阻力地通過鑽石。這一發現可能導致多功能量子晶片的誕生，能夠在單一材料中結合多種量子技術。芝加哥大學普利茨克分校的量子科學與工程及物理學的 Liew 家族教授 David Awschalom 博士表示：「這提供了一種新的思維方式，通過整合超導體和半導體行為，
為多功能量子設備創造機會。」
Awschalom 指出，這一突破可能使量子技術更加高效，並更好地與經典技術整合。鑽石在先進技術中受到重視，因為其卓越的硬度、光學特性和熱導率（Tc）。鑽石是已知材料中熱導率和礦物硬度最高的材料。當摻雜硼時，鑽石也能變成超導體，而硼是一種可以改變其電導率的元素。二十多年前，科學家發現鑽石在摻雜硼原子後也會變成超導體，這種元素可以改變其電行為。然而，這一現象背後的機制至今仍然不明。
為了分析這一現象，研究人員合成了高品質的鑽石薄膜，這些薄膜中均勻分佈著硼原子。他們驚訝地發現，儘管這些薄膜結構上看似均勻，但卻隱藏著微觀超導區域的馬賽克結構。研究團隊將這些區域稱為「水坑」。進一步發現這些區域最終會相互連接，因此允許電流無阻力地通過材料。
鑽石超導體的發現將推動量子技術的發展
賓夕法尼亞州立大學物理學及材料科學與工程的 Verne M. Willaman 教授 Nitin Samarth 博士表示：「這一意外的發現讓我們完全感到驚訝，因為這些是結構均勻的晶體薄膜。」他補充道：「所以，問題是：這種顆粒性來自何處？」根據研究人員的説法，這些超導區域並非固定不變。它們的形狀和行為可以通過改變磁場、温度和電流來調整。研究人員相信，他們可以通過識別電子在這些區域之間的運動，更有效地連接它們。
這可能提升未來量子設備的性能，並使其能在更高的温度下運行。同時，還可以獨立調整幾個參數，以定製材料的性質，包括硼濃度、晶體取向、機械應變和維度。
Samarth 在新聞聲明中表示：「我們現在擁有了一個可靠的路線圖，可以通過獨立調整材料的核心特性來設計鑽石超導體。」他指出：「這裡有很多令人興奮的可能性，無論是對於量子技術還是經典技術。」Awschalom 提到，這一發現可能導致多功能量子晶片設備的創造。他總結道：「想像未來的技術可以在同一材料中結合光、旋轉、超導和磁性，並且能夠與當前的微電子技術整合。」該研究已發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）。
