Пятница, 23 февраля, 2024
ДомойФизикаУченые обнаружили революционный сверхпроводник с помощью двухпозиционных переключателей

Ученые обнаружили революционный сверхпроводник с помощью двухпозиционных переключателей

- Advertisement -

Команда физиков обнаружила новый сверхпроводящий материал с уникальной способностью настраиваться под внешние воздействия, что обещает достижения в области энергоэффективных вычислений и квантовых технологий. Этот прорыв, достигнутый благодаря передовым исследовательским методам, обеспечивает беспрецедентный контроль над свойствами сверхпроводников, что потенциально совершит революцию в крупномасштабных промышленных приложениях.

Материал имеет потенциальное применение в сверхпроводящих схемах для промышленной электроники следующего поколения.

Исследователи использовали усовершенствованный источник фотонов, чтобы проверить редкие характеристики этого материала, что потенциально открывает путь к более эффективным крупномасштабным вычислениям.

По мере роста потребностей в промышленных вычислениях также растут размеры и энергопотребление оборудования, необходимого для удовлетворения этих потребностей. Возможное решение этой дилеммы может быть найдено в сверхпроводящих материалах, которые могут снизить потребление энергии в геометрической прогрессии. Представьте себе охлаждение гигантского центра обработки данных, полного постоянно работающих серверов, почти до абсолютный нольпозволяющий выполнять крупномасштабные вычисления с невероятной энергоэффективностью.

Прорыв в исследованиях сверхпроводимости

Физики из Вашингтонского университета и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) сделали открытие, которое может помочь обеспечить более эффективное будущее. Исследователи нашли сверхпроводящий материал, который уникально чувствителен к внешним воздействиям, что позволяет по желанию усиливать или подавлять сверхпроводящие свойства. Это открывает новые возможности для энергоэффективных переключаемых сверхпроводниковых цепей. Статья была опубликована в Достижения науки.

Сверхпроводимость — это квантовомеханическая фаза материи, в которой электрический ток может течь через материал с нулевым сопротивлением. Это приводит к идеальной эффективности электронного транспорта. Сверхпроводники используются в самых мощных электромагнитах для передовых технологий, таких как магнитно-резонансная томография, ускорители частиц, термоядерные реакторы и даже левитирующие поезда. Сверхпроводники также нашли применение в квантовые вычисления.

Вызовы и инновации в сверхпроводниковых технологиях

Современная электроника использует полупроводниковые транзисторы для быстрого включения и выключения электрического тока, создавая двоичные единицы и нули, используемые при обработке информации. Поскольку эти токи должны протекать через материалы с ограниченным электрическим сопротивлением, часть энергии тратится в виде тепла. Вот почему ваш компьютер со временем нагревается. Низкие температуры, необходимые для сверхпроводимости, обычно более 200 градусов. Фаренгейт ниже нуля, делает эти материалы непрактичными для портативных устройств. Однако они вполне могут быть полезны в промышленных масштабах.

Исследовательская группа под руководством Шуа Санчес из Вашингтонский университетисследовали необычный сверхпроводящий материал с исключительной возможностью настройки. Этот кристалл состоит из плоских листов ферромагнитных атомов европия, зажатых между сверхпроводящими слоями атомов железа, кобальта и мышьяка. По словам Санчеса, сочетание ферромагнетизма и сверхпроводимости в природе встречается крайне редко, поскольку одна фаза обычно подавляет другую.

«На самом деле это очень неудобная ситуация для сверхпроводящих слоев, поскольку они пронизаны магнитными полями окружающих атомов европия», — сказал Санчес. «Это ослабляет сверхпроводимость и приводит к конечному электрическому сопротивлению».

Передовые методы исследований и результаты

Чтобы понять взаимодействие этих фаз, Санчес провел год в качестве резидента одного из ведущих источников рентгеновского света в стране, Advanced Photon Source (APS), пользовательского центра Министерства энергетики США в Аргонне. Там его поддерживала программа исследований аспирантов Министерства энергетики США. Работая с физиками на каналах APS 4-ID и 6-ID, Санчес разработал комплексную платформу для определения характеристик, способную исследовать микроскопические детали сложных материалов.

Используя комбинацию рентгеновских методов, Санчес и его коллеги смогли показать, что приложение магнитного поля к кристаллу может переориентировать линии магнитного поля европия так, чтобы они шли параллельно сверхпроводящим слоям. Это устраняет их антагонистические эффекты и приводит к возникновению состояния нулевого сопротивления. Используя электрические измерения и методы рассеяния рентгеновских лучей, ученые смогли подтвердить, что они могут контролировать поведение материала.

«Природа независимых параметров, управляющих сверхпроводимостью, весьма интересна, поскольку можно разработать полный метод управления этим эффектом», — сказал Филип Райан из Аргонна, соавтор статьи. «Этот потенциал предполагает несколько интересных идей, включая возможность регулировать чувствительность поля для квантовых устройств».

Затем команда применила напряжения к кристаллу и получила интересные результаты. Они обнаружили, что сверхпроводимость можно либо усилить настолько, чтобы преодолеть магнетизм даже без переориентации поля, либо ослабить настолько, что магнитная переориентация больше не сможет привести к состоянию нулевого сопротивления. Этот дополнительный параметр позволяет контролировать и настраивать чувствительность материала к магнетизму.

«Этот материал интересен, потому что существует жесткая конкуренция между несколькими фазами, и, приложив небольшое напряжение или магнитное поле, вы можете усилить одну фазу по сравнению с другой, чтобы включать и выключать сверхпроводимость», — сказал Санчес. «Подавляющее большинство сверхпроводников не так легко переключается».

Ссылка: «Сверхпроводимость, индуцированная полем с переключением деформации», Джошуа Дж. Санчес, Жилберто Фаббрис, Йонгсон Чой, Джонатан М. ДеСтефано, Эллиотт Розенберг, Юэ Ши, Пол Малиновски, Ина Хуанг, Игорь И. Мазин, Чон-Ву Ким, Джюн-Хоу Чу и Филип Дж. Райан, 24 ноября 2023 г., Достижения науки.
DOI: 10.1126/sciadv.adj5200.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме