长期以来，科学家一直追求直接将普通半导体变超导体，但半导体与超导体材料属不同领域，融合两者特性并应用于现代制程极具挑战性。直到最近，一个国际团队首次成功使关键半导体材料锗具备超导性，有望大幅推进无线通信、低能耗电子运算技术发展。
传统半导体（如硅、锗）具良好电子控制能力，是现代资讯与运算基石，超导体则为最有效率载流材料。数十年来，科学家一直试图使硅、锗等半导体实现超导性，既不会造成能量损失，还能大幅提高电子设备速度、效率。
但半导体、超导体的晶格结构、电子传输性质存在根本性差异，半导体能带结构使电子在常温下导电性有限，需额外激发或掺杂其他元素才能提升导电性，超导体则要求大量电子形成库珀对并凝聚，这对载流子密度远低于典型金属的半导体来说极难办到。
想让半导体材料进入零电阻超导状态，需改变它们的原子排列结构以增加可传导的电子数量，同时保持结构高纯度，再引入大量电子使电子配对、在晶格中毫无阻力移动——众所周知，这过程很难在原子尺度上进行微调，加上锗、硅都是具类金刚石晶体结构的IV族元素，以稳定性和灵活性闻名，结构或晶格成分稍有偏差就很难形成所需超导电子态。
引领量子设备时代科学家通常利用“掺杂”技术改变半导体电气行为，一般来说，高含量镓会破坏晶体稳定性，从而阻碍超导性，但纽约大学、昆士兰大学等机构组成的团队开发一种新型锗薄膜，使用分子束磊晶（Molecular beam epitaxy，MBE）方法将镓原子精确融入锗晶格，成功使材料在3.5K超低温下无阻传导电流，在维持结构稳定与纯度的前提下，让半导体“晋升”超导行列。
锗如今已是先进半导体技术主力材料，广泛应用于计算机芯片、光纤领域，这项研究工作强调，科学家终于能控制使半导体材料出现超导性所需的结构精度，为下一代量子电路、低功耗低温电子组件、量子运算技术揭开新时代。
新论文发表在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）期刊。
（首图来源：纽约大学）
