Еднопосочният свръхпроводящ диод има огромно значение за електрониката

Сподели

Екип от TU Delft демонстрира еднопосочен свръхпроводник, който дава нулево съпротивление в едната посока, но блокира тока напълно в другата. Откритието, което дълго време се смяташе за невъзможно, предвещава 400-кратен скок в изчислителната скорост и огромни икономии на енергия.

Свръхпроводниците могат да направят електронните устройства стотици пъти по-бързи и напълно да премахнат загубата на енергия, но те са били полезни само за определени приложения, тъй като е било невъзможно да се предотврати провеждането им във всички посоки без използването на магнитни полета. Създаване на компютри, без да можете да контролирате посоката на потока? Невъзможно. И така, ние сме заседнали с полупроводниците и законът на Мур започва да се сблъсква с техните граници.

Оттук и мащабът на това откритие. Доцент Мазхар Али и екип от TU Delft публикуваха ново изследване в списанието природата което отваря вратата към свръхпроводящите диоди и предвещава нищо по-малко от революционна промяна в скоростта и енергийната ефективност на електрониката.

Когато полупроводниците могат да имат вграден фиксиран дипол, което ефективно затруднява електроните да пътуват в една посока от другата, свръхпроводниците нямат такъв вграден потенциал, така че е възможно да се индуцира такъв само с помощта на магнитно поле. Това е изключително трудно нещо за поддържане на контрол на наномащабно ниво, така че не е практично за електрониката.

За да преодолеят това ограничение, Али и екипът трябваше да внесат нов квантов материал в процес на разработка от екип по физика на материалите в университета Джон Хопкинс. Подобно на графена, Nb3Бр8 е 2D материал, използван в атомно тънки резени, но се предполагаше, че е домакин на собствен електрически дипол.

Така Али и неговият екип създадоха това, което нарече „Квантов материал на Джоузефсънови връзки“ – сандвичи от два свръхпроводника с квантовия материал Nb3Бр8 по средата. „Успяхме да отлепим само няколко атомни слоя от този Nb3Бр8 и направете много, много тънък сандвич – дебел само няколко атомни слоя – който беше необходим за направата на Джоузефсоновия диод и не беше възможен с нормални 3D материали“, Али обясни в SciTech Daily.

„Много технологии са базирани на стари версии на JJ свръхпроводници“, продължи Али. „Например технологията за ЯМР. Също така, квантовите изчисления днес се базират на Джоузефсънови връзки. Технология, която преди беше възможна само с помощта на полупроводници, сега потенциално може да бъде създадена със свръхпроводници, използвайки този градивен елемент. Това включва по-бързи компютри, както в компютрите с до терахерца скорост, която е 300 до 400 пъти по-бърза от компютрите, които използваме сега. Това ще повлияе на всички видове социални и технологични приложения. Ако 20-ти век беше векът на полупроводниците, 21-ви може да се превърне в век на свръхпроводника.”

Изследователите изградиха и тестваха “много устройства”, използвайки различни партиди материали, като всеки път намираха силно насочен резултат от Джоузефсонов диод. Те се опитаха да обърнат диода и се опитаха да приложат различни магнитни полета към кръстовището, за да видят какви ефекти може да има. Диодът не показа никакво съпротивление в посока напред, нормално съпротивление в посока назад и работеше с нулево приложено магнитно поле.

Изследването до момента е извършено при изключително ниски температури, под 77 Келвина (-196 °C, -321 °F). По този начин следващото предизвикателство е да се повиши температурата в зона, където електронните устройства могат реалистично да се охлаждат от течен азот. Това казва, че Али трябва да бъде постижимо с помощта на “известни високотемпературни свръхпроводници”.

След това има производство. „Второто нещо, с което трябва да се справим, е мащабирането на производството“, каза Али. “Въпреки че е страхотно, че доказахме, че това работи в наноустройства, направихме само шепа. Следващата стъпка ще бъде да проучим как да мащабираме производството до милиони Джоузефсонови диоди на чип.”

Али казва, че би имало смисъл да се внедри тази свръхпроводяща технология в сървърни ферми и суперкомпютри. „Централизираното изчисление наистина е начинът, по който светът работи в наши дни“, каза той. „Всяко интензивно изчисление се извършва в централизирани съоръжения, където локализацията добавя огромни предимства по отношение на управлението на захранването, управлението на топлината и т.н. Съществуващата инфраструктура може да бъде адаптирана без прекалено много разходи за работа с електроника, базирана на Джоузефсън. Има много реална шанс, ако предизвикателствата, обсъждани в другия въпрос, бъдат преодолени, това ще революционизира централизираните и суперкомпютрите!”

Изследването е публикувано в списанието природата.

Източник: SciTechDaily



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели