Các nhà khoa học vừa mới phá vỡ siêu dẫn một chiều, điều tưởng là không thể trong hơn 100 năm

Máy tính ngày nay chiếm số lượng lớns của điện, làm dấy lên lo ngại về tác động khí hậu của công nghệ. Một bước đột phá trong lĩnh vực điện tử siêu dẫn có thể giảm đáng kể hóa đơn tiền điện, đồng thời làm cho máy tính nhanh hơn rất nhiều.

Hiện tượng siêu dẫn được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1911 bởi nhà vật lý người Hà Lan Kamerlingh Onnes, và đề cập đến trạng thái trong đó dòng điện đi qua vật liệu có điện trở bằng không. Tuy nhiên, chỉ một số vật liệu được chọn thể hiện đặc tính và thông thường chỉ khi chúng được làm lạnh ở nhiệt độ cực thấp.

Tuy nhiên, hiện tượng này có một loạt các ứng dụng thực tế và là một thành phần quan trọng trong mọi thứ, từ máy quét MRI đến lò phản ứng nhiệt hạch. Nó cũng lọt vào mắt xanh của các nhà khoa học máy tính, những người cho rằng nó không chỉ có thể giảm hóa đơn điện của các trang trại máy chủ và siêu máy tính mà còn có khả năng cho phép chúng chạy nhanh hơn nhiều so với các hệ thống dựa trên chất bán dẫn ngày nay.

Vấn đề là chất siêu dẫn là nạn nhân của chính thành công của chúng. Một yêu cầu cơ bản trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại là khả năng làm cho dòng điện chạy theo một hướng chứ không chạy theo hướng khác. Sự thiếu điện trở hoàn toàn của chất siêu dẫn có nghĩa là is không thể, gây khó khăn cho việc tạo ra các mạch hiệu quả từ chúng.

Tuy nhiên, một thành phần siêu dẫn mới được thiết kế bởi một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế có thể sớm thay đổi điều đó. Nhóm đã tạo ra cái mà họ gọi là Diode Josephson, siêu dẫn khi dòng điện chạy qua nó in một hướng và cung cấp lực cản khi nó chảy theo hướng khác.

"Công nghệ mà trước đây chỉ có thể sử dụng chất bán dẫn giờ đây có thể được tạo ra với chất siêu dẫn bằng cách sử dụng khối xây dựng này, ”Mazhar Ali, từ TU Delft ở Hà Lan, người dẫn đầu cuộc nghiên cứuch, cho biết trong một thông cáo báo chí. “Nếu 2Thế kỷ 0 là thế kỷ của chất bán dẫn, thế kỷ 21 có thể trở thành thế kỷ của chất siêu dẫn ”.

Tên gọi này xuất phát từ hiệu ứng Josephson, mô tả một hiện tượng lượng tử, theo đó một dòng điện sẽ chạy giữa hai chất siêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp cách điện mỏng, ngay cả khi không có điện áp đặt vào hệ thống. Những thiết bị này được gọi là Giao lộ Josephson và là một thành phần quan trọng trong cả cảm biến lượng tử và máy tính lượng tử sử dụng qubit siêu dẫn.

Sự đổi mới của các nhà nghiên cứu là thay thế lớp cách điện được tìm thấy trong Giao lộ Josephson bằng một vật liệu lượng tử 2D có các đặc tính khác thường. Kết quả là khi dòng điện được đặt vào thiết bị theo một hướng thì nó là siêu dẫn, nhưng khi dòng điện chạy theo hướng ngược lại thì không. Họ mô tả sự lệch lạc mớice trong một giấy trong Thiên nhiên.

Nhà nghiên cứu khács trước đó đã tìm cách để dòng điện siêu dẫn chạy theo một hướng bằng cách tác dụng từ trường mạnh. Nhưng những điều này rất khó áp dụng chính xác và không thực tế để sử dụng bên trong các mạch điện tử thu nhỏ. Mặt khác, thiết bị mới có thể mở ra cánh cửa cho mọi loại trường hợp sử dụng. Anand Bhattacharya, một nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, “Bạn có thể tưởng tượng những ứng dụng thiết bị rất tuyệt vời ở nhiệt độ thấp. nói với Khoa học phổ biến.

Về lý thuyết, thiết bị này có thể tạo ra máy tính từ các mạch siêu dẫn, sẽ sử dụng ít năng lượng hơn rất nhiều so với các mạch thông thường do đến sự thiếu sức đề kháng. Hơn nữa, Ali cho biết có thể tạo ra các bộ vi xử lý chạy ở tốc độ terahertz, nhanh hơn từ 300 đến 400 lần so với các chip hiện nay.

Hạn chế chính của hầu hết các chất siêu dẫn, bao gồm cả những chất được sử dụng trong nghiên cứu này, là chúng cần được làm lạnh đến gần bằng không tuyệt đối, đây là một quá trình khó khăn và tốn kém. Vì vậy, bước tiếp theo của nhóm sẽ là xem liệu họ có thể đạt được hành vi tương tự với các chất siêu dẫn nhiệt độ cao mới hơn hay không. Chúng chỉ cần được làm mát đến nhiệt độ tương đối dịu -321 fahrenheit, có thể đạt được bằng cách sử dụng nitơ lỏng thay vì thiết bị đông lạnh phức tạp hơn.

Đây cũng là những thiết bị thử nghiệm, vì vậy không rõ việc sản xuất hàng loạt chúng dễ dàng như thế nào với quy mô cần thiết cho một chíp máy tính. Nhưng đó vẫn là một bước đột phá ấn tượng lần đầu tiên mang đến triển vọng về chất siêu dẫn trong tầm tay.

Ảnh: Bạn delft

• Coinsmart. Sàn giao dịch Bitcoin và tiền điện tử tốt nhất Châu Âu.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. TRUY CẬP MIỄN PHÍ.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Dùng thử miễn phí.
• Nguồn: https://singularityhub.com/2022/05/02/scientists-just-cracked-one-way-superconductivity-thought-impossible-for-over-100-years/