科學家為量子計算量身定製新材料

M型六角型鐵素體（一種磁鐵鉛礦）的晶體結構。圖片來源：南烏拉爾州立大學（SUSU）

創新材料是現代科學最重要的領域之一。工業4.0的積極發展要求電子元件的新特性。南烏拉爾州立大學的科學家在這一領域內進行研究。SUSU的晶體生長實驗室對鐵素體的性質和結構進行改性，鐵素體是鐵與其他金屬氧化物的氧化物。這項工作是通過在鋇鐵素體結構中引入其他化學元素來實現的，以此來獲得材料的新特性。

陶瓷國際於2017年底發表了該領域最新的專題研究文章之一。

晶體生長實驗室負責人Denis Vinnik說：「鐵素體晶體結構的特殊性在於，它在晶格中有五個不同的鐵位置。而這正是允許在一定範圍內修改材料結構和性質的原因。在引入其他元素之後，初始材料的結構會改變其性質，這就擴大了其使用的可能性。因此，通過改變材料的化學成分，我們可以改變其工作特性。我們還研究了銦在替代元素位置上的分布。」

科學家們對於確定鐵在鋇鐵素體晶格中的哪個位置是新元素最優先替代的位置這一問題特別感興趣：改性材料的性質取決於其結構。目前，放置銦的晶體位置已經確定。超高頻特性和鐵素體其他各種性質的研究也正在進行。

Viktoria Matveychuk. 圖片來源： А. Trukhanov

Aleksey Valentinovich解釋說：「我們對鋇鐵素體的興趣受其高功能特性的限制。化學穩定性和耐腐蝕性使這些材料在環境中幾乎能夠安全、無限制地使用。六角鐵素體具有優異的磁性參數。低比電導率允許其在高頻磁場的存在下施加六方晶體磁體，這對於微電子學來說是極好的前瞻性。目前這種材料在吸收微波範圍內的電磁干擾（EMI）方面具有巨大潛力。 因此，六角鐵素體適用於微波技術以及在高頻波中進行數據傳輸和保護。」

我們正在研究各種化學元素，包括鎢、鋁、鈦、錳和硅。我們想知道這種置換是如何影響材料的性能。我們目前正在研究鍺酸鉛。此外，我們還研究了含鉛的鋇鐵素體鋇的物理特性及其在高溫下的行為。在加熱到一定溫度時，樣品開始收縮，這是非常特殊的現象。在這個實驗中，我們計算了線性膨脹係數並獲得了有趣的相關性。膨脹係數為負值或零的材料在加熱過程中它們的大小並不會改變。這一點在極端溫度下很重要，因為即使在正常情況下，某些電子細節也會過熱。

晶體生長實驗室的研究領域之一是含鉛的鋇六方晶系。科學家們現在已經培育出具有低缺陷密度的單晶體，可以用作電子器件的工作元件。該材料也可用來製造現有計算設備中具有最高性能容量的量子計算機。

在21世紀開發新型磁性材料將會創建具有高速響應、大容量和可靠的存儲元件。這類材料也應用於許多領域。

原文來自phys，原文題目為Researchers developing materials for quantum computing，由材料科技在線團隊翻譯整理。

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