Открытие одностороннего сверхпроводника считалось невозможным
Доцент Мазхар Али и его исследовательская группа в Техническом университете Делфта открыли одностороннюю сверхпроводимость без магнитных полей, что считалось невозможным с момента его открытия в 1911 году и до сего дня. Открытие, опубликованное в журнале Nature, использует двумерные квантовые материалы и прокладывает путь к сверхпроводящим вычислениям. Сверхпроводники могут сделать электронику в сотни раз быстрее, и все это с нулевыми потерями энергии. Али: «Если 20-й век был веком полупроводников, 21-й может стать веком сверхпроводников».
В течение 20 века многие ученые, в том числе лауреаты Нобелевской премии, ломали голову над природой сверхпроводимости, открытой голландским физиком Камерлинг-Оннесом в 1911 году. В сверхпроводниках ток проходит по проводу без какого-либо сопротивления, а значит, тормозит этот ток или даже заблокировать его вряд ли возможно, не говоря уже о том, чтобы ток протекал только в одну сторону, а не в другую. То, что группе Али удалось сделать сверхпроводник однонаправленным, необходимым для вычислений, примечательно: это можно сравнить с изобретением особого типа льда, который обеспечивает нулевое трение при катании в одну сторону и непреодолимое трение в другую.
Сверхпроводник: сверхбыстрый, сверхзеленый
Преимущества применения сверхпроводников в электронике двояки. Сверхпроводники могут сделать электронику в сотни раз быстрее, а внедрение сверхпроводников в нашу повседневную жизнь сделало бы ИТ намного более экологичным: если бы вы протянули сверхпроводящий провод отсюда до Луны, он бы передавал энергию без каких-либо потерь. Например, по данным NWO, использование сверхпроводников вместо обычных полупроводников может сохранить до 10% всех западных энергетических запасов.
(Не)возможность применения сверхпроводимости
В 20-м веке и позже никто не мог преодолеть барьер, заставляющий сверхпроводящие электроны двигаться только в одном направлении, что является фундаментальным свойством, необходимым для вычислений и другой современной электроники (вспомните, например, диоды, которые также движутся в одном направлении). При нормальной проводимости электроны летают как отдельные частицы; в сверхпроводниках они движутся парами по двое без потери электрической энергии. В 70-х годах ученые IBM опробовали идею сверхпроводящих вычислений, но им пришлось прекратить свои усилия: в своих статьях на эту тему IBM упоминает, что без невзаимной сверхпроводимости компьютер, работающий на сверхпроводниках, невозможен.
Интервью с автором-корреспондентом Мазхаром Али
Вопрос: Почему, когда одностороннее направление работает с нормальной полупроводимостью, односторонняя сверхпроводимость никогда раньше не работала?
Электрическая проводимость в полупроводниках, таких как Si, может быть односторонней из-за фиксированного внутреннего электрического диполя, поэтому они могут иметь встроенный потенциал. Пример из учебника — знаменитый p-n-переход; где мы соединяем два полупроводника: в одном есть лишние электроны (-), а в другом лишние дырки (+). Разделение заряда создает сетку встроенного потенциала, который почувствует пролетающий через систему электрон. Это нарушает симметрию и может привести к односторонним свойствам, потому что, например, вперед и назад уже не одно и то же. Есть разница в движении в том же направлении, что и диполь, и в движении против него; подобно тому, как если бы вы плыли по реке или плыли вверх по реке.
У сверхпроводников никогда не было аналога этой однонаправленной идеи без магнитного поля; поскольку они больше связаны с металлами (то есть проводниками, как следует из названия), чем с полупроводниками, которые всегда проводят в обоих направлениях и не имеют встроенного потенциала. Точно так же переходы Джозефсона (JJ), которые представляют собой сэндвичи из двух сверхпроводников с несверхпроводящими классическими барьерными материалами между сверхпроводниками, также не имели какого-либо особого механизма нарушения симметрии, который приводил к разнице между прямым и обратным.
Вопрос: Как вам удалось сделать то, что сначала казалось невозможным?
На самом деле это был результат одного из фундаментальных направлений исследований моей группы. В том, что мы называем переходами Джозефсона из квантового материала (QMJJ), мы заменяем классический барьерный материал в JJ барьером из квантового материала, где внутренние свойства квантовых материалов могут модулировать связь между двумя сверхпроводниками новыми способами. Диод Джозефсона был примером этого: мы использовали квантовый материал Nb3Br8, который представляет собой двумерный материал, подобный графену, который, как предполагалось, содержит чистый электрический диполь, в качестве нашего предпочтительного барьера из квантового материала и поместили его между двумя сверхпроводниками.
Мы смогли отделить всего пару атомных слоев этого Nb3Br8 и сделать очень-очень тонкий сэндвич толщиной всего в несколько атомных слоев, который был необходим для изготовления джозефсоновского диода и был невозможен с обычными трехмерными материалами. Nb3Br8 является частью группы новых квантовых материалов, разрабатываемых нашими сотрудниками, профессором Тайрелом Маккуинсом и его группой в Университете Джона Хопкинса в США, и был ключевым элементом в нашей первой реализации диода Джозефсона.
Вопрос: Что означает это открытие с точки зрения воздействия и приложений?
Многие технологии основаны на старых версиях сверхпроводников JJ, например технология МРТ. Кроме того, квантовые вычисления сегодня основаны на соединениях Джозефсона. Технологии, которые ранее были возможны только с использованием полупроводников, теперь потенциально могут быть реализованы с использованием сверхпроводников с использованием этого строительного блока. Это включает в себя более быстрые компьютеры, такие как компьютеры со скоростью до терагерца, что в 300-400 раз быстрее, чем компьютеры, которые мы сейчас используем. Это повлияет на все виды социальных и технологических приложений. Если 20 век был веком полупроводников, то 21 век может стать веком сверхпроводников.
Первое направление исследований, которым мы должны заняться для коммерческого применения, — это повышение рабочей температуры. Здесь мы использовали очень простой сверхпроводник, который ограничивал рабочую температуру. Теперь мы хотим поработать с известными так называемыми высокотемпературными сверхпроводниками и посмотреть, сможем ли мы эксплуатировать джозефсоновские диоды при температурах выше 77 К, поскольку это позволит охлаждать их жидким азотом. Второе, что нужно решить, — это масштабирование производства. Хотя здорово, что мы доказали, что это работает в наноустройствах, мы сделали лишь несколько. Следующим шагом будет исследование того, как масштабировать производство до миллионов джозефсоновских диодов на кристалле.
Вопрос: Насколько вы уверены в своем случае?
Есть несколько шагов, которые должны предпринять все ученые, чтобы сохранить научную строгость. Во-первых, убедиться, что их результаты воспроизводимы. В этом случае мы сделали множество устройств с нуля из разных партий материалов и каждый раз обнаруживали одни и те же свойства, даже при измерении на разных машинах в разных странах разными людьми. Это говорит нам о том, что результат диода Джозефсона был получен из нашей комбинации материалов, а не из-за какого-то ложного результата грязи, геометрии, ошибки машины или пользователя или интерпретации.
Мы также провели эксперименты с дымящимся пистолетом, которые резко сужают возможности интерпретации. В этом случае, чтобы убедиться, что у нас есть эффект сверхпроводящего диода, мы действительно попытались переключить диод; например, мы применили одинаковую величину тока как в прямом, так и в обратном направлении и показали, что фактически мы не измеряли сопротивление (сверхпроводимость) в одном направлении и реальное сопротивление (нормальная проводимость) в другом направлении.
Мы также измерили этот эффект при приложении магнитных полей разной величины и показали, что эффект явно присутствует при нулевом приложенном поле и подавляется приложенным полем. Это также неопровержимое доказательство нашего утверждения о наличии эффекта сверхпроводящего диода при нулевом приложенном поле, что очень важно для технологических приложений. Это связано с тем, что магнитные поля в нанометровом масштабе очень трудно контролировать и ограничивать, поэтому для практических приложений обычно желательно работать, не требуя локальных магнитных полей.
Вопрос: Реально ли для обычных компьютеров (или даже суперкомпьютеров KNMI и IBM) использовать сверхпроводимость?
Да, это! Не для людей дома, а для ферм серверов или для суперкомпьютеров было бы разумно реализовать это. Централизованные вычисления — это то, как сегодня устроен мир. Любые интенсивные вычисления выполняются на централизованных объектах, где локализация дает огромные преимущества с точки зрения управления питанием, управлением теплом и т. д. Существующая инфраструктура может быть адаптирована без особых затрат для работы с электроникой на основе диодов Джозефсона. Существует вполне реальный шанс, что если проблемы, обсуждаемые в другом вопросе, будут преодолены, это произведет революцию в области централизованных и суперкомпьютерных вычислений.
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Последние аномальные новости

Георадар будет искать водные объекты на Юпитере

Дьявольская комета наконец-то стала видна

Затерянный город найден на территории Тонгатапу

ИИ и НАСА борются с изменением климата

Инопланетное существо, выброшенное на австралийский пляж

Какова масса покоящегося нейтрино

НАСА предупреждает о военном присутствии Китая в космосе

НЛО пролетел над красотами Перта

Ортоклаз из свинца - это своего рода загадка

Отчет о программе Kona Blue

Паскагула устраивает вечеринку в честь похищения

Путешественник во времени показал фото из будущего

Самая глубокая дыра в земле была закрыта

Самые странные и неповторимые дома в Огайо

Случаи похищения людей инопланетянами будут изучены

Смертоносная пещера, которая может вызвать пандемию

Такер Карлсон видел свидетельства о подводных НЛО

У человека расплавились пальцы при встрече с НЛО

Увлечение внеземной жизнью восходит к 17-му веку

Черный зверь бродил по полю британского фермера

Встреча с НЛО в школе Ариэль в Зимбабве

Город-призрак, жители которого были вынуждены бежать

Горы и лавовые озера на Ио с высоты птичьего полета

Два неизвестных объекта пролетели мимо МКС

Документальный фильм о похищении в Паскагуле

ИИ VASA1, который может заставить изображения говорить

ИИ изучает планетарный пограничный слой Земли

Инопланетяне украли мои яйцеклетки

Китай осуществляет военные программы в космосе

Книга, предсказавшая катастрофу Титаника

Компания Boston Dynamics представила нового робота

Метеорологи предупреждают о погодных войнах между странами

НЛО залетел в действующий вулкан

Подводя черту под происхождением жизни

Прыщ превратился в опухоль размером с арбуз

Скрытый потенциал РНК в развитии биоинженерии будущего

Состоят ли дюны Титана из кометной пыли

Таинственная механика полета насекомых

Тайна аномалии Балтийского моря наконец-то раскрыта

Хаббл отправляется на поиски небольших астероидов

Гелиевая звезда с самым низким содержанием металлов

Екатеринбуржец выставил на продажу летающую тарелку

Жизнь может существовать в темных водных Европы

Загадка формирования массивных горячих субкарликов

ИИ способен революционизировать кредитование

Инопланетян следует искать на фиолетовых планетах

Инопланетяне похитили яйца у женщины

Метеорит пробил крышу дома

Непрерывные фейковые новости оказывают большее влияние

НЛО влетает в действующий вулкан-портал

НЛО пилотируются духовными сущностями

Океан Энцелада может поддерживать жизнь

Перуанские мумии не являются инопланетянами

Полицейская камера сняла аварийную посадку НЛО

Полярные сияния на холодных коричневых карликах

Попытки AARO вступить в контакт с Дэвидом Грушем

Правительство США намеренно скрывает информацию об НЛО

Разгадка тайн атмосферных рек

США провели испытания управляемого ИИ истребителя

Экстремальные холода в условиях потепления климата

В один прекрасный день ИИ сможет выполнять всю нашу работу

В сеть просочился отчет о встрече ВМС США с НЛО

Давайте поговорим о неопознанных подводных объектах

Доказательства существования инопланетной жизни

Жизнь нужно искать в пурпурных мирах

Жители графства Дербишир взбешены таинственным жужжанием

Как философы воспринимали инопланетную жизнь

Метеорит, пробивший крышу дома во Флориде, прилетел с МКС

Миссия НАСА Солнечный парус готовится к запуску

На протяжении 600 лет манускрипт Войнича остается загадкой

НАСА ищет дешевый способ доставки образцов с Марса

Обнаружена самая массивная черная дыра в нашей галактике

Паранормальные корни программы Пентагона по НЛО

Подтвержден полет аппарата Dragonfly к Титану

Правительство пытается скрыть правду о НЛО

Пурпурные миры населены инопланетянами

Робот-гуманоид Ameca может имитировать человеческую речь

Тестирование технологий для полета на Марс

Человекоподобный НЛО замечен в небе Калифорнии

Я встретил лысых инопланетян–гуманоидов

В небе Калифорнии замечен странный НЛО

Великобритания разрабатывает правила для ИИ

Город богов разрушило мегаземлетрясение

Еще один механизм выживания тихоходок в космосе

Жуткое послание убийцы Зодиака

Квантовый интернет все ближе

Ковчег Завета питал Великую пирамиду Гизы

Морской офицер выражает тревогу по поводу водных НЛО

Нет доказательств существования инопланетных технологий

Новая книга дает представление о космических поисках жизни

Обнаружили близкую массивную черную дыру

Перепись ближайших окрестностей Солнца

Проект по классификации гамма-всплесков

Пурпурный, а не зеленый цвет - цвет жизни на экзопланетах

Стивен Спилберг снимет новый фильм об НЛО

Тайна объекта в форме сердца на поверхности Плутона

Тайна орбитальной нестабильности планет-гигантов

Технология передачи энергии с космических электростанций

Церера таит в себе мрачную тайну

Электричество и батарейки древних египтян

Yeezy Boost 350 v2 Black Черные. Икона Стиля и Инновации

Билл Гейтс поддерживает искусственный интеллект

В небе Калифорнии замечен таинственный объект

В пещерах на Марсе могут находиться инопланетяне

Геолог-любитель получил сильные ожоги от НЛО

Житель Лондона принял вертолет за НЛО

За НЛО отправляйтесь в маленький городок в Висконсине

Звездолеты помогут в поисках новых физических явлений

Интернет может достичь квантовой скорости

Космические силы США готовятся к первой в истории миссии

Министерство обороны публикует документы Kona Blue

Нейтронные звезды нагреваются от аннигиляции темной материи

Нострадамус предсказал войну в 2024 году

Победителем президентских выборов в 2032 году станет робот

Подводные НЛО ставят под угрозу морскую безопасность США

Подводный НЛО сняло исследовательское судно

Проклятая могила с 450 обезглавленными вампирами

Рассекреченный отчет раскрывает дематериализацию НЛО

Тайна высоких уровней энергии в звездных сверхвспышках

Уважаемый астроном не верит в теории заговора об НЛО

Ярчайший гамма-всплеск породила коллапсирующая звезда

Франшиза Pro.Travel. Предпринимательский успех Татьяны Мамаевой

Возвращение денежных средств пострадавшим от брокеров-мошенников. Путь к справедливости

Встреча с НЛО, от которой у человека расплавились пальцы

Детеныш инопланетянина найден в мексиканской пещере

Инопланетяне помешали человечеству скатиться к ядерной войне

Как ученые сообщат человечеству об инопланетянах

Канадский рейтинг мест для наблюдения НЛО

Ключ к поиску жизни в отдаленных мирах

Лучшие наблюдения НЛО в Северной Каролине

Люди не верят, что никаких НЛО нет

Мужчина получил сильные ожоги при встрече с НЛО

Мужчина с разбитым сердцем построил Космические врата

Музей странного и чудесного в Канзасе

Настоящие убежища из сериала Fallout уже построены

НЛО заметили над долиной Нижнего Гудзона

НЛО около Антарктиды - ошибка программного обеспечения

НЛО представляют угрозу безопасность на море

Подводные НЛО ставят под угрозу морскую безопасность США

Призрачные нарушения звездных потоков темной материей

Термодинамика поможет описать расширение Вселенной

Что это за НЛО замечен над штатом Нью-Йорк

Эксцентриситет орбиты создал океан на Мимасе

Более четверти россиян верят в существование инопланетян

Гигантские человеческие скелеты в пещере Лавлок

Глобальное потепление лишит Антарктиду 76% метеоритов

Девочки-близнецы испытывают одинаковые чувства

Древнеиндийская мандала в районе линий Наска

Древние легенды и мифы рассказывают о ануннаках

Женщина чудом выжила после удара молнии

ИИ может притворяться более глупым, чем есть на самом деле

История об оборотнях пронизана загадками и тайнами

Клетки поджелудочной железы пересадят от свиньи человеку

Космические кладбища, затмение и ждать ли НЛО

Космические силы США планируют провести учения на орбите

Магическая сила, делающее тело неуязвимым

Маленькие человечки похитили мужчину

Под Уфой заметили НЛО

Таинственные лабиринты Чинканас

Тайна упавшей в Омске кометы и 17000 фото НЛО

Тайны европейских подземных тоннелей

Тело фанатки вампиров нашли обескровленным

Экстрасенс нашел место захоронения пропавшего мальчика

Гильотинные ножницы по металлу. Назначение и критерии выбора

Как выбрать массажное кресло

Франшиза CyberSeller под управлением Азата Аширова

Большинство людей хотят заниматься сексом с роботами

Будущие эпидемии могут возникнуть из-за ИИ

В Башкирии жители заметили НЛО в небе

В новом отчете Пентагона по НЛО есть серьезные недостатки

Вычисление точных размеров экзопланет

Зонд для поисков жизни на спутниках Юпитера

Кислород и углерод улетучиваются из магнитосферы Венеры

Мы не готовы к вторжению инопланетян

НЛО замечен небе над Екатеринбургом

Новая идея для космических солнечных батарей

Обнаружены звездные ветры от трех солнцеподобных звезд

Поиски неуловимого Лох-Несского чудовища

Призрак опрокидывает напитки в одном из пабов Британии

Странный сигарообразный НЛО над шоссе в Миссури

Существо-муравей замечено на Марсе

Тёмная материя повышенной плотности существует

Ужасающая реальность ядерной радиации

Уэльс - горячая точка внеземной активности

Человек-сатана сменил имя на Дьявол

Ярчайший гамма-всплеск произошел из-за коллапса звезды

Подписка на новости
Наверх