Forskere har lige knækket envejs superledning, troet umuligt i over 100 år PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Forskere har lige knækket envejs superledning, troet umuligt i over 100 år

Tidsstempel: 2. maj 2022 kl. 10
superleder

Nutidens computere sluger store mængders af elektricitet, hvilket giver anledning til bekymring over teknologiens klimapåvirkning. Et gennembrud inden for superledende elektronik kan reducere strømregningen betydeligt, samtidig med at computere bliver langt hurtigere.

Fænomenet superledning blev først opdaget i 1911 af hollandsk fysiker Kamerlingh Onnes, og refererer til en tilstand, hvor elektrisk strøm passerer gennem et materiale med nul modstand. Det er dog kun nogle få udvalgte materialer, der udviser egenskaben og normalt kun hvis de afkøles til utrolig lave temperaturer.

Ikke desto mindre har fænomenet et væld af praktiske anvendelser og er en afgørende ingrediens i alt fra MR-scannere til fusionsreaktorer. Det har også fået øjnene op for dataloger, der tror, ​​at det ikke kun kan reducere strømregningen for serverfarme og supercomputere, men også potentielt give dem mulighed for at køre meget hurtigere end nutidens halvlederbaserede systemer.

Problemet er, at superledere er et offer for deres egen succes. Et grundlæggende krav i de fleste moderne elektronik er evnen til at få strømmen til at flyde i den ene retning, men ikke den anden. Superlederes fuldstændige mangel på modstand betyder dette is umuligt, hvilket gør det svært at skabe effektive kredsløb ud af dem.

En ny superledende komponent designet af et internationalt team af forskere kan dog snart ændre det. Holdet har skabt, hvad de kalder en Josephson Diode, som er superledende, når der løber strøm gennem den in den ene retning og giver modstand, når den flyder i den anden.

"Teknologi, som tidligere kun var mulig ved brug af halvledere, kan nu potentielt laves med superledere, der bruger denne byggeklods,” Mazhar Ali, fra TU Delft i Holland, der leder forskningenlm, sagde i en pressemeddelelse. "Hvis den 20. århundrede var halvledernes århundrede, det 21. kan blive superlederens århundrede."

Navnet kommer fra Josephson-effekten, som beskriver et kvantefænomen, hvor en strøm vil flyde mellem to superledere adskilt af et tyndt isolerende lag, selvom der ikke påføres spænding til systemet. Disse enheder er kendt som Josephson Junctions og er en kritisk komponent i både kvantesensorer og kvantecomputere der bruger superledende qubits.

Forskernes innovation var at erstatte det isolerende lag fundet i en Josephson Junction med et 2D kvantemateriale med usædvanlige egenskaber. Resultatet er, at når en strøm påføres enheden i én retning, er den superledende, men når strømmen løber i den modsatte retning, er den det ikke. De beskriver den nye device i en papir ind Natur.

Anden forskers havde tidligere formået at få en superledende strøm til at flyde i én retning ved at påføre kraftige magnetfelter. Men disse er vanskelige at anvende præcist og er upraktiske til brug i miniaturiserede elektroniske kredsløb. Den nye enhed kunne derimod åbne døren for alle mulige use cases. "Du kunne forestille dig meget cool enhedsapplikationer ved lave temperaturer," Anand Bhattacharya, en fysiker ved Argonne National Laboratory, fortalt Popular Science.

I teorien kunne enheden gøre det muligt at skabe computere ud af superledende kredsløb, som ville bruge meget mindre energi end konventionelle pga. til den manglende modstand. Desuden siger Ali, at det ville være muligt at skabe processorer, der kører ved terahertz-hastigheder, 300 til 400 gange hurtigere end nutidens chips.

Hovedbegrænsningen for de fleste superledere, inklusive dem, der er brugt i denne undersøgelse, er, at de skal køles ned til tæt på det absolutte nulpunkt, hvilket er en vanskelig og dyr proces. Så næste skridt for holdet vil være at se, om de kan opnå den samme adfærd med nyere højtemperatur-superledere. Disse skal kun afkøles til en forholdsvis mild -321 fahrenheit, hvilket kan opnås ved hjælp af flydende nitrogen frem for mere komplekst kryogent udstyr.

Disse er også eksperimentelle enheder, så det er uklart, hvor nemt det ville være at masseproducere dem i den skala, der kræves for en computer chip. Men det er ikke desto mindre et imponerende gennembrud, der for første gang bringer udsigten til superledning inden for rækkevidde.

Billede Credit: TU Delft

Tidsstempel:

Mere fra Singularitet Hub