Durch den Austausch klassischer Materialien gegen Materialien mit einzigartigen Quanteneigenschaften haben Wissenschaftler eine unidirektionale Supraleitung ohne Magnetfeld entdeckt, die seit ihrer Entdeckung im Jahr 1911 bis heute für unmöglich gehalten wurde. Laut einer neuen Studie, die in veröffentlicht wurde Natürlich.

Außerordentlicher Professor Mazhar Ali und seine Forschungsgruppe an der Technischen Universität Delft verwenden 2D-Quantenmaterialien, um zu ermöglichen, dass Elektrizität in nur einer Richtung durch ein supraleitendes Material fließt, und das alles ohne Energieverlust, wodurch die Elektronik hundertmal schneller wird, als dies derzeit mit Halbleitern möglich ist . .

Daher könnten Hochgeschwindigkeitsschaltungen mit geringem Stromverbrauch auf der Grundlage der Supraleitungsphysik – die erreicht werden, wenn Materialien unter eine „kritische“ Temperatur (etwa -269 °C) fallen – goldene Möglichkeiten eröffnen, um die Supercomputing-Technologie auf ein ganz neues Niveau zu heben. eben.

„Wenn das 20. Jahrhundert das Jahrhundert der Halbleiter war, könnte das 21. das Jahrhundert der Supraleiter sein“, sagte Ali, der Erstautor der Abhandlung. in einer Pressemitteilung der Technischen Universität Delft.

Den Gesetzen der Physik trotzen

Die Eigenschaft, die diese einfache Form des elektrischen Stroms so nützlich macht, schafft auch endlose Herausforderungen, denn Supraleitung widerspricht in vielerlei Hinsicht der Funktionsweise der Physik.

Wie Scientific berichtet PopulärwissenschaftWenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, treffen die darin enthaltenen Elektronen normalerweise auf einen starken Widerstand und reiben an den Atomen, aus denen der Draht besteht. Elektrische Energie geht verloren, oft in Form von Wärme. Das ist einer der Gründe, warum sich Elektronik heiß anfühlen kann. Dies ist auch ein enormer Effizienzverlust.

Andererseits fließt bei einem Supraleiter Strom ungehindert durch den Draht, was bedeutet, dass es fast unmöglich ist, diesen Strom zu hemmen oder gar zu blockieren, geschweige denn den Strom bzw. die supraleitenden Elektronen nur in eine Richtung fließen zu lassen und nicht umgekehrt, weil sie immer das sogenannte supraleitende Verhalten zeigen, „reziprok“.

„In den 1970er Jahren testeten IBM-Wissenschaftler die Idee des supraleitenden Rechnens, mussten ihre Bemühungen jedoch aufgeben: In ihrer Abhandlung zu diesem Thema erklärte IBM, dass Computer, die auf Supraleitern laufen, ohne nicht-reziproke Supraleitung unmöglich seien“, erklären die Forscher .

2D-Gitter basierend auf Niobmetall

Jetzt hat ein Forscherteam aus Deutschland, den Niederlanden und China ohne Verwendung eines Magnetfelds gezeigt, dass Elektrizität unter den richtigen Bedingungen einen Supraleiter nur in einer Richtung passieren kann, indem sie ein 2D-Gitter auf der Basis des Metalls Niob, das sie haben, verwenden Gebraucht. in der Lage, das Feld aufzugeben und sich ausschließlich auf die Quanteneigenschaften des Materials zu verlassen.

„Wir waren in der Lage, nur wenige Atomlagen von diesem Nb3Br8 zu entfernen und ein sehr, sehr dünnes Sandwich herzustellen – nur wenige Atomlagen dick –, das für die Herstellung einer Josephson-Diode erforderlich ist und mit normalen 3D-Materialien unmöglich wäre.“ sagte Ali.

Und was noch besser ist, es wurde mit „Hochtemperatur-Supraleitern“ gearbeitet, die sich mit flüssigem Stickstoff kühlen können. „Viele Technologien basieren auf älteren Versionen von JJ-Supraleitern, zum Beispiel die Magnetresonanztechnologie. Auch das heutige Quantencomputing basiert auf dem Josephson-Kontakt“, erklärt Ali.

„Technologien, die bisher nur mit Halbleitern möglich waren, haben jetzt das Potenzial, mit Supraleitern aus diesen Bausteinen hergestellt zu werden. Dazu gehören schnellere Computer, beispielsweise bis zu Terahertz, was 300 bis 400 Mal schneller ist als ein typischer Computer.“ die wir jetzt verwenden. Dies wird alle Arten von sozialen und technologischen Anwendungen betreffen“, fügte der Physiker hinzu.

Herausgegeben von Felipe Espinosa Wang.