Znanstveniki so pravkar razbili enosmerno superprevodnost, za katero so več kot 100 let mislili, da je nemogoča PlatoBlockchain Data Intelligence. Navpično iskanje. Ai.

Znanstveniki so pravkar razbili enosmerno superprevodnost, za katero so mislili, da je več kot 100 let nemogoča

Časovni žig: 2. maj 2022 10:00
superprevodnik

Današnji računalniki požrejo velike količines električne energije, kar vzbuja zaskrbljenost glede vpliva tehnologije na podnebje. Preboj v superprevodni elektroniki bi lahko znatno zmanjšal račun za elektriko, obenem pa naredil računalnike veliko hitrejše.

Pojav superprevodnosti je leta 1911 prvi odkril nizozemski fizik. Kamerlingh Onnesin se nanaša na stanje, v katerem električni tok teče skozi material z ničelnim uporom. Vendar le nekaj izbranih materialov izkazuje to lastnost in običajno le, če so ohlajeni na neverjetno nizke temperature.

Kljub temu ima pojav številne praktične uporabe in je ključna sestavina v vsem, od MRI skenerjev do fuzijskih reaktorjev. Prav tako je pritegnilo pozornost računalniških znanstvenikov, ki menijo, da bi lahko ne le zmanjšalo račune za elektriko strežniških farm in superračunalnikov, ampak jim potencialno tudi omogočilo, da delujejo veliko hitreje kot današnji sistemi, ki temeljijo na polprevodnikih.

Težava je v tem, da so superprevodniki žrtev lastnega uspeha. Temeljna zahteva večine sodobne elektronike je zmožnost, da tok teče v eno smer, ne pa tudi v drugo. To pomeni popolno pomanjkanje odpornosti superprevodnikov is nemogoče, zaradi česar je težko ustvariti učinkovita vezja iz njih.

Nova superprevodna komponenta, ki jo je zasnovala mednarodna skupina raziskovalcev, bi lahko to kmalu spremenila. Ekipa je ustvarila tako imenovano Josephsonovo diodo, ki je superprevodna, ko skozi njo teče tok in eno smer in zagotavlja upor, ko teče v drugo.

"Tehnologijo, ki je bila prej mogoča samo s polprevodniki, je zdaj potencialno mogoče izdelati s superprevodniki, ki uporabljajo ta gradnik,« Mazhar Ali iz TU Delft na Nizozemskem, ki vodi raziskavo.ch, je dejal v sporočilu za javnost. "Če 20. stoletje je bilo stoletje polprevodnikov, 21. lahko postane stoletje superprevodnikov.«

Ime izvira iz Josephsonovega učinka, ki opisuje kvantni pojav, pri katerem tok teče med dvema superprevodnikoma, ločenima s tanko izolacijsko plastjo, tudi če v sistemu ni napetosti. Te naprave so znane kot Josephsonova križišča in so kritična komponenta tako kvantnih senzorjev kot kvantni računalniki ki uporabljajo superprevodne kubite.

Inovacija raziskovalcev je bila zamenjava izolacijske plasti, najdene v Josephsonovem stičišču, z 2D kvantnim materialom z nenavadnimi lastnostmi. Rezultat tega je, da je naprava superprevodna, ko tok teče v eno smer, ko pa tok teče v nasprotni smeri, ni. Opisujejo nove device v a papir v Narava.

Drugi raziskovalecs je pred tem z uporabo močnih magnetnih polj uspel doseči, da superprevodni tok teče v eno smer. Vendar jih je težko natančno uporabiti in so nepraktični za uporabo znotraj miniaturiziranih elektronskih vezij. Po drugi strani pa bi lahko nova naprava odprla vrata vsem vrstam primerov uporabe. "Lahko bi si predstavljali zelo kul aplikacije naprav pri nizkih temperaturah," Anand Bhattacharya, fizik iz Argonne National Laboratory, Rekel Popular Science.

Teoretično bi naprava lahko omogočila ustvarjanje računalnikov iz superprevodnih vezij, ki bi porabili veliko manj energije kot običajni zaradi do pomanjkanje odpornosti. Še več, Ali pravi, da bi bilo mogoče ustvariti procesorje, ki delujejo pri teraherčnih hitrostih, kar je 300- do 400-krat hitreje od današnjih čipov.

Glavna omejitev večine superprevodnikov, vključno s tistimi, uporabljenimi v tej študiji, je, da jih je treba ohladiti blizu absolutne ničle, kar je težaven in drag postopek. Torej bo naslednji korak ekipe ugotoviti, ali lahko dosežejo enako vedenje z novejšimi visokotemperaturnimi superprevodniki. Te je treba le ohladiti na sorazmerno prijetno -321 fahrenheit, kar je mogoče doseči z uporabo tekočega dušika in ne z bolj zapleteno kriogeno opremo.

To so tudi eksperimentalne naprave, zato ni jasno, kako enostavno bi jih bilo množično proizvajati v obsegu, ki je potreben za računalniški čip. Toda kljub temu je to impresiven preboj, ki prvič prinaša možnost superprevodnosti na dosegu roke.

Kreditno slike: Delft

Časovni žig:

Več od Središče singularnosti