科學家發明單向電流超導技術

導體內電子流動產生電流示意圖。(Shutterstock)

4月27日發表於《自然》(Nature)期刊的一篇文章稱,研究者發明了讓電流只往一個方向流動的超導技術。

20世紀,很多科學家都對超導現象感到困惑。1911年,荷蘭物理學家卡默林·昂內斯(Kamerlingh Onnes)發現了超導現象。在超導體內,電流可以在零阻力的環境下流動。

而單向超導體指的是電流只有向一個方向流動遇到的才是零阻力。這就像發明一種冰塊,向一個方向滑動是零阻力,而向另一個方向滑動則遇到無限大的阻力一樣不可思議。這在以前看來,是不可能實現的事情,但是這個研究實現了這種技術。

這項研究的負責人荷蘭代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)副教授馬扎爾·阿里(Mazhar Ali)說,電子設備用上超導材料不僅可以提升運行速度,而且大幅節能。

阿里介紹說,他們利用一種類似石墨烯的平面量子材料,代替傳統約瑟夫森結中所使用的普通材料作為屏障,製成了量子材料約瑟夫森結(QMJJs)。這種量子材料自有的特性使得它能夠以全新的方式控制兩個超導體的耦合,從而實現了單向超導技術。

目前他們使用了簡單的超導材料,對運行溫度要求較低。阿里說下一步他們希望嘗試所謂的「高溫超導」材料,希望把運行溫度提升到77K以上。

另一個要解決的技術難題是,怎樣擴大這種材料的生產規模。他們在納米設備上展示了這項技術的可行性,只製造了幾個。阿里說,下一步要研究怎樣在一個芯片內製造上千個約瑟夫森結。

阿里說使用這種材料可讓電腦的運行速度提升300~400倍。他說:「如果說20世紀是半導體的時代,那麼21世紀就是超導體的時代。」

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