科技入侵现代

第371章 超导芯片

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他们第一年主要要做的是验证技术可行性,技术路径早已确定:利用铁基超导体FeSe薄膜,在SrTiO3衬底上通过分子束外延生长,实现温度在100K的超导状态,这样的样品理论可行,但实际呢?

在月球上它的表现如何?不仅仅是计算本身,还有稳定性、耗能等等,其他状态到底如何。

他们需要先拿个样品出来。

以阿波罗科技的能力来说,他们前脚有了样品,后脚就能打到月球上去做测试。

月球上的环境什么的都已经准备好了,电能已经具备,阴影区域探索完成,随时可以进行测试。

属于是万事俱备只欠东风。

“吴工,你们那边进度如何?”林燃同样关注这件事,他大概每周会和技术团队开一次会,技术团队由华为和阿波罗科技共建,人员配比大概在7比3的样子。

吴工是这只技术团队的具体负责人,华为半导体条线仅次于梁孟松的资深工程师。

第一个月:“教授,我们从FeSe入手,母体FeSe是半导体,Tc只有8K,但单层薄膜在界面效应下,能提升到109K。

月球真空环境完美匹配MBE生长,避免氧化。”吴工说

团队的研究员们戴着护目镜,操作着设备:先将SrTiO3衬底加热到600°C,清洁表面;然后控制铁源和硒源的蒸发速率,铁原子束强度为0.1单层/分钟,硒过量以确保化学计量比。

生长过程中,吴工偶尔纠正参数:“注意衬底温度,过高会导致晶格失配,降低电子-声子耦合,目标厚度是约0.5nm的单原子层。”

在第一个样品生长完成后,他们用X射线衍射(XRD)检查晶体结构:峰值显示良好外延,但电阻测试在液氮浴(77K)中,超导转变温度Tc只有50K,远低于预期。

第二个月:“我觉得应该是硒空位缺陷导致的费米面重构不完整,吴工,尝试一下增加后退火步骤,在真空下加热到400°C,促进界面电荷转移。”林燃提醒道“我觉得界面效应会是关键,SrTiO3的极性层会诱导二维电子气,提升Tc。”

这和2014年Nature的一篇文献有关,在那篇文献里有提到,FeSe/SrTiO3系统可以利用界面效应将Tc从8K推到100K以上。

团队迭代三次,调整硒/铁比从6:1到8:1,终于在第四个样品上看到进步:XRD显示锐利峰,表明完美晶格匹配。

第三个月,才开始初见曙光,使用高压氧掺杂,FeSe薄膜的晶格扭曲,a轴参数从3.76增加到3.78,电子-声子耦合增强。

在模拟观测中,显示Tc能达105K。

林燃说:“我知道大家很高兴,但这还不够,我们需要继续优化。

因为月球南极的辐射环境会干扰Cooper对,但低温能抑制热噪声。

我们需要集成辐射屏蔽层,用硼掺杂金刚石作为缓冲,BDD的Tc虽只有11K,但其宽带隙能阻挡宇宙射线。”

他们开始掺杂实验:在MBE腔内引入氧气束,压力控制在10-6Torr,掺杂水平0.1-0.2原子%。

测试使用四探针法测量电阻-温度曲线:在氦气制冷机下,从300K降温,电阻在110K附近骤降到零,磁化率测试确认Meissner效应,临界电流密度Jc达105A/cm。

“教授,根据失败样品分析,STM显示氧团簇导致相分离。”吴工说。

林燃思考片刻后说道:“调整氧束能量可行吗?”

他们调整氧束能量从5eV到3eV来对均匀性进行优化调整。

第四个月,团队终于做出第二个样品:一个5cm见方的芯片,表面闪烁着金属光泽,集成BDD屏蔽层厚度2μm。

测试在液氮模拟下,电阻骤降到零,能够运行简单AI算法:芯片处理100x100矩阵乘法,效率比硅基高500%,且无热积累。

整个团队空前振奋,因为至少到了这里,这条路是可行的。

从路径的层面,这是能够超过硅基的材料。

在地球上,我们没有办法在短期内超过英伟达,那么我们就仰望星空。

在团队士气为之一振的时候,林燃提醒道:“这只是地球测试,月球的微重力会影响薄膜应力,我们需模拟真空脱气。”

第六个月,团队在真空模拟舱里进行最终验证。

实验人员戴上手套,动作小心地将样品放入测试架。

所有成员都屏气凝神,有的在实验室外等结果,有的在办公室等结果:这是最后一步,如果通过,就能送上月球。

“启动模拟!”林燃命令道。

舱内抽真空到10-7Torr,温度通过辐射冷却降到100K,模拟月球辐射用质子束轰击,每平方厘米1010粒子/秒。

芯片连接上AI测试电路:输入一个卷积神经网络模型,处理模拟月球图像数据。

屏幕上显示电阻保持零,计算误差率

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