Среда , 24 апреля 2024

Исследователям удалось создать однонаправленный сверхпроводник

Исследователям удалось создать однонаправленный сверхпроводник

Команда из Технологического университета Дельты в Нидерландах добилась того, что раньше считалось невозможным. Им удалось создать сверхпроводник. Это позволяет току течь только в одном направлении. Это открытие может проложить путь к созданию новых поколений компьютеров и электронных устройств, в основе которых лежит это свойство.

Содержание статьи:

Явление сверхпроводимости было открыто в 1911 году физиком Хайкингом Каммерлингом. По определению, сверхпроводники могут проводить ток без сопротивления. без потери энергии. Другими словами, теоретически ток в сверхпроводнике может течь практически неограниченно, так как энергия не расходуется. Они также обладают способностью полностью аннигилировать окружающее магнитное поле. Это явление происходит при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, и основано на образовании пар электронов (пар Купера).

В отличие от этого, в стандартных электрических или электронных цепях, когда течет ток и возникает сопротивление при движении электронов, часть электрической энергии теряется в виде тепла (из-за взаимодействия с окружающими атомами). Таким образом, после нескольких минут работы электрическое устройство становится горячим на ощупь. Питание таких устройств сверхпроводниками не только повышает их эффективность, но и делает их гораздо более экономичными с точки зрения потребления энергии.

Два сверхпроводника, разделенные квантовым материалом

Сверхпроводники могут сделать электронные устройства в сотни раз быстрее, а внедрение сверхпроводников делает вычислительные устройства более экологичными. По данным Нидерландского исследовательского совета (NWO), использование сверхпроводников вместо обычных полупроводников может сэкономить до 10% всех запасов энергии на Западе. Однако, чтобы это стало возможным, сверхпроводящие электроны должны двигаться по цепочкам только в одном направлении. Это связано с тем, что именно так функционируют компьютеры и электронные устройства. Учитывая очень высокую проводимость сверхпроводников, эта задача кажется невыполнимой.

Читайте также: Исследователям удалось безопасно обратить вспять процесс старения у мышей

Процесс старения включает в себя постепенное снижение всех функций организма. Замедляется метаболизм, уменьшается мышечная масса, кости становятся более..

Однако профессор Мазар Али и его исследовательская группа из Технологического университета Дельты добились отличных результатов. Это все равно, что изобрести лед, который может скользить только в одном направлении! Если 20-й век был веком полупроводников, то 21-й век может стать веком сверхпроводников», — говорится в заявлении ученых.

Как отмечают физики, эта проблема не возникает в полупроводниках. Проводимость можно регулировать с помощью легирования. При этом в материал включается небольшое количество примесей, создающих избыток или недостаток электронов. Переходы могут быть созданы путем соединения различных легированных полупроводников. Классическим примером является так называемый «PN-переход», при котором соединяются два полупроводника. Один из них имеет дополнительный электрон (-), а другой — дополнительную дырку (+). Количество разделенных зарядов создает чистый накопленный потенциал. Это воспринимается электронами, проходящими через систему, и может привести к нарушению симметрии и «однонаправленным» свойствам», — объясняет Али.

Без магнитного поля со сверхпроводником он всегда проводил бы ток в обоих направлениях и не накапливал потенциал, но такой операции никогда не удавалось достичь. Однако Али и его команда придумали использовать квантовые переходы Джозефсона. Переход Джозефсона — это совокупность двух сверхпроводников, разделенных непроводящими адиабатическими или металлическими материалами. В данном случае двумерные квантовые материалы (такие как графен) были выбраны с использованием части формулы NB3BR8, которая является частью новой группы квантовых материалов, разработанных командой из Университета Джона Хопкинса в США.

Дальнейшие проблемы до коммерческого применения

Теория показала, что NB3BR8 обладает чистым электрическим диском. Расположенный между двумя слоями диселенида ниобия (NBSE2), он является сверхпроводящим при положительных токах и производит отрицательные стабильные переходы.

Чтобы проверить результаты, исследователи «переключали» диоды и пытались дать одинаковые значения тока в обоих направлениях. Они показали, что в одном направлении они измеряли отсутствие сопротивления (сверхпроводимость), а в другом — фактическое сопротивление (обычная проводимость). Они также убедились, что эффект возникает только при полном отсутствии магнитного поля — это особенно важно. Ученые отмечают, что это связано с тем, что в масштабах NAN очень сложно контролировать и ограничивать магнитное поле.

Поэтому методы, которые ранее были возможны только для полупроводников, теперь могут быть достигнуты с помощью сверхпроводников. Используя этот новый подход, можно сделать компьютеры в 300-400 раз быстрее, чем современные компьютеры. Однако до начала коммерческого использования остается еще одна проблема: повышение рабочей температуры SPA (сверхпроводники, используемые в данном исследовании, требуют температуры ниже E-266°C).

Теперь мы хотим поработать с известными сверхпроводниками с «высокой критической температурой», чтобы посмотреть, сможем ли мы управлять диодами Джозефсона при температурах выше 77 К (-196°C)». Об этом он пишет в релизе. Это будет сделано. Нам нужно найти способ производить эти компоненты в больших масштабах. Тогда мы сможем получить чипы с миллионами диодов Джозефсона.

ЧТО ВЫ ЗНАЕТЕ О СВЕРХПРОВОДНИКАХ?

Смотрите также

Заражение COVID-19 повышает риск легочной тромбоэмболии в течение 30 дней в 33 раза

Таков вывод нового исследования, проведенного в Швеции с участием более миллиона человек, положительно протестированных на …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *