Forskere har nettopp knekket enveis superledning, antatt umulig i over 100 år

Dagens datamaskiner sluker store mengders av elektrisitet, noe som vekker bekymring for teknologiens klimapåvirkning. Et gjennombrudd innen superledende elektronikk kan redusere strømregningen betraktelig, samtidig som datamaskinene blir langt raskere.

Fenomenet superledning ble først oppdaget i 1911 av en nederlandsk fysiker Kamerlingh Onnes, og refererer til en tilstand der elektrisk strøm går gjennom et materiale med null motstand. Imidlertid er det bare noen få utvalgte materialer som viser egenskapen og normalt bare hvis de kjøles ned til utrolig lave temperaturer.

Likevel har fenomenet en rekke praktiske anvendelser og er en avgjørende ingrediens i alt fra MR-skannere til fusjonsreaktorer. Det har også fanget øyet til informatikere som tror det ikke bare kan redusere strømregningen til serverfarmer og superdatamaskiner, men også potensielt la dem kjøre mye raskere enn dagens halvlederbaserte systemer.

Problemet er at superledere er et offer for sin egen suksess. Et grunnleggende krav i de fleste moderne elektronikk er evnen til å få strømmen til å flyte i én retning, men ikke den andre. Superlederes fullstendige mangel på motstand betyr dette is umulig, noe som gjør det vanskelig å lage effektive kretser ut av dem.

En ny superledende komponent designet av et internasjonalt team av forskere kan imidlertid snart endre det. Teamet har laget det de kaller en Josephson Diode, som er superledende når det går strøm gjennom den in én retning og gir motstand når den flyter i den andre.

"Teknologi som tidligere kun var mulig ved bruk av halvledere, kan nå potensielt lages med superledere som bruker denne byggeklossen,» Mazhar Ali, fra TU Delft i Nederland som leder forskningenlm, sa i en pressemelding. "Hvis 20. århundre var halvledernes århundre, det 21. kan bli superlederens århundre.»

Navnet kommer fra Josephson-effekten, som beskriver et kvantefenomen der en strøm vil flyte mellom to superledere atskilt av et tynt isolerende lag, selv om det ikke tilføres spenning til systemet. Disse enhetene er kjent som Josephson Junctions og er en kritisk komponent i både kvantesensorer og kvante datamaskiner som bruker superledende qubits.

Forskernes innovasjon var å erstatte det isolerende laget som ble funnet i en Josephson Junction med et 2D-kvantemateriale med uvanlige egenskaper. Resultatet er at når en strøm påføres enheten i én retning, er den superledende, men når strømmen går i motsatt retning er den ikke det. De beskriver den nye devience i a papir inn Natur.

Annen forskers hadde tidligere klart å få en superledende strøm til å flyte i én retning ved å påføre kraftige magnetfelt. Men disse er vanskelige å bruke nøyaktig og er upraktiske for bruk i miniatyriserte elektroniske kretser. Den nye enheten kan derimot åpne døren for alle slags brukstilfeller. "Du kan tenke deg veldig kule enhetsapplikasjoner ved lave temperaturer," Anand Bhattacharya, fysiker ved Argonne National Laboratory, fortalte Popular Science.

I teorien kan enheten gjøre det mulig å lage datamaskiner av superledende kretser, som vil bruke mye mindre energi enn konvensjonelle på grunn av til mangelen på motstand. Dessuten sier Ali at det ville være mulig å lage prosessorer som kjører med terahertz-hastigheter, 300 til 400 ganger raskere enn dagens brikker.

Hovedbegrensningen til de fleste superledere, inkludert de som brukes i denne studien, er at de må kjøles ned til nær absolutt null, noe som er en vanskelig og kostbar prosess. Så neste steg for teamet vil være å se om de kan oppnå samme oppførsel med nyere høytemperatur-superledere. Disse trenger bare å avkjøles til en forholdsvis mild -321 fahrenheit, som kan oppnås ved bruk av flytende nitrogen i stedet for mer komplekst kryogent utstyr.

Dette er også eksperimentelle enheter, så det er uklart hvor enkelt det ville være å masseprodusere dem i den skalaen som kreves for en databrikke. Men det er ikke desto mindre et imponerende gjennombrudd som bringer utsiktene til superledning innen rekkevidde for første gang.

Bilde Credit: TU Delft

• Myntsmart. Europas beste Bitcoin og Crypto Exchange.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. FRI TILGANG.
• CryptoHawk. Altcoin Radar. Gratis prøveperiode.
• Kilde: https://singularityhub.com/2022/05/02/scientists-just-cracked-one-way-superconductivity-thought-impossible-for-over-100-years/