Genom att ersätta ett klassiskt material med ett material med unika kvantegenskaper har fysiker skapat en supraledande krets som kan prestera som länge trodde omöjligt.
Upptäckten, gjord av forskare från Tyskland, Nederländerna och USA, kullkastar uråldriga idéer om supraledande kretsars natur och hur deras strömmar kan utnyttjas och få praktiska tillämpningar. Höghastighetskretsar med lågt avfall baserade på superledningsfysiken ger ett utmärkt tillfälle att ta superdatortekniken till en ny nivå.
Tyvärr innebär egenskaperna som gör denna lätta form av elektrisk ström så bekväm oändliga utmaningar vid utformningen av supraledande versioner av vanliga elektriska komponenter.
Ta till exempel något enkelt, som en diod. Denna grundläggande enhet av elektronik är som ett enkelriktat tecken för strömmar, vilket ger ett sätt att reglera, omvandla och ställa in elektronernas rörelse.
I supraledande material suddas identiteten hos dessa individuella elektroner ut, vilket resulterar i partner som kallas Cooper-par, vilket ger varje partikel i partnerskapet en chans att undkomma den energitömmande stöten av en mer typisk elektrisk ström. Men utan de vanliga motståndslagarna har fysiker inte kunnat få supraledande elektroner att röra sig i samma riktning eftersom de alltid uppvisar vad som kallas "ömsesidigt" beteende.
Detta grundläggande antagande att supraledning är oförmögen att bryta reciprocitet (åtminstone utan manipulation av magnetfältet) har bestått sedan starten av forskningen inom detta område. Uppriktigt sagt är detta ett hinder som ingenjörer skulle kunna klara sig utan.
Denna ansträngning kan nu behöva ses över efter ett experiment som visar en typ av samband med en kvantkomponent som kan styra även Cooper-par längs en enkelriktad gata. Josephson-övergångar är tunna remsor av icke-supraledande material som separerar ett par supraledande material. Om materialet är tillräckligt tunt kan elektroner passera genom det obehindrat. Under en viss nivå har denna överström ingen spänning. Vid den kritiska punkten uppstår en spänning som snabbt svänger i vågor, som kan användas i applikationer som kvantdatorer.
Att säkerställa att denna ström alltid flyter i endast en riktning var tidigare möjligt med ett externt magnetfält. Men teamet fann att om de använde ett tvådimensionellt gitter baserat på niobmetall, kunde de avstå från fältet och förlita sig enbart på materialets kvantegenskaper.
Teamet är övertygat om att de har kryssat i alla rutor som behövs för att underbygga sin upptäckt. Det är dock en lång väg kvar innan vi ser supraledare i hjärtat av nästa generations datorer.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Läs också:
- Astrofysiker hävdar att ett "planetärt sinne" existerar... men det finns ingen på jorden
- Ukrainsk rymdstartup utvecklar utrustning för militära behov