Harvard Üniversitesi yüksek sıcaklık süperiletkenlerine yenilikçi yaklaşımını açıkladı

Üretim yöntemi malzeme tespitini kolaylaştırabilir.

• Philip Kim liderliğindeki Harvard ekibi bakır kullanarak yüksek sıcaklıkta süper iletkenler yaratıyor.
• Dünyanın ilk gelişmiş süper iletken diyotunu geliştirdi Nicel istatistikler.
• BSCCO’da yönlü süper akımı ve kuantum durumlarının kontrolünü gösterin.

Süperiletkenler onlarca yıldır fizikçilerin ilgisini çekmektedir. Ancak elektron akışının mükemmel ve kayıpsız bir şekilde akmasına izin veren bu malzemeler, genellikle kuantum mekaniğinin bu özelliğini yalnızca çok düşük sıcaklıklarda (birkaç derece daha yüksek) sergilerler. Tamamen sıfır – Kullanılamaz hale getirmek için.

Harvard fizik ve uygulamalı fizik profesörü Philip Kim liderliğindeki bir araştırma ekibi, kupratlar adı verilen, geniş çapta incelenen yüksek sıcaklık süperiletkenleri sınıfının yapımı ve işlenmesi için yeni bir strateji ortaya koydu ve süperiletkenliğin yeni ve olağandışı biçimlerinin daha önce hiç görülmemiş yerlerde mühendisliğinin önünü açtı. Daha önce bunu başarmak mümkün değildi. Malzeme.

Düşük sıcaklıklı cihazlar üretmek için benzersiz bir yöntem kullanan Kim ve ekibi raporlarını dergiye yazdı Bilimler Dünyanın ilk yüksek sıcaklık süperiletken diyotu (esasen akımın tek yönde akışını sağlayan bir anahtar) için gelecek vaat eden bir aday, ince bakır kristallerinden yapılmıştır. Teorik olarak böyle bir cihaz, bakımı zor olan geçici mekanik olaylara dayanan kuantum hesaplama gibi yeni ortaya çıkan endüstrileri besleyebilir.

Bükülmüş ve istiflenmiş bir bakır süperiletkenin arka plan verileriyle birlikte grafiksel gösterimi. Fotoğraf: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Chow

Kim, “Yüksek sıcaklıkta süper iletken diyotlar, manyetik alanların uygulanması olmadan aslında mümkündür ve egzotik malzemelerin incelenmesinde yeni araştırma kapıları açar” dedi.

Kupratlar, teorisyenlerin düşündüğünden çok daha yüksek sıcaklıklarda süper iletken hale geldiklerini göstererek onlarca yıl önce fizik dünyasını altüst eden bakır oksitlerdir ve “daha yüksek” göreceli bir terimdir (bakır süper iletkeni için mevcut kayıt -225’tir) . F). Ancak bu malzemelerin süperiletken fazlarını bozmadan işlenmesi, karmaşık elektronik ve yapısal özelliklerinden dolayı oldukça karmaşıktır.

SY ekibinin deneyleri, Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü’nün eski bir öğrencisi ve şu anda Griffin’de doktora sonrası araştırmacı olan Frank Zhao tarafından yönetildi. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü. Zhao, yüksek saflıkta argonda havasız kriyojenik kristal işleme yöntemini kullanarak, BSCCO (“bisco”) olarak adlandırılan iki son derece ince bakır, kalsiyum, bizmut ve stronsiyum oksit katmanı arasında temiz bir arayüz tasarladı. BSCCO “yüksek sıcaklıklı” bir süper iletken olarak kabul edilir çünkü yaklaşık 288 Fahrenheit derecede süper iletkenliğe başlar – pratik standartlara göre çok soğuk, ancak süper iletkenler arasında şaşırtıcı derecede yüksektir ve tipik olarak yaklaşık -400 Fahrenheit dereceye kadar soğutulması gerekir.

Zhao ilk önce BSCCO’yu her biri insan saçının binde biri genişliğinde iki katmana böldü. Daha sonra -130 derecede, iki katmanı 45 derecelik bir açıyla, tıpkı bir dondurmalı sandviç gibi, talaşları yanlış hizalanmış şekilde istifledi ve bu arada kırılgan arayüzdeki süperiletkenliği korudu.

Ekip, arayüzden dirençsiz olarak geçebilecek maksimum süper akımın akımın yönüne göre değiştiğini keşfetti. En önemlisi, ekip aynı zamanda bu kutupluluğu tersine çevirerek arayüzey kuantum durumunun elektronik kontrolünü de gösterdi. Yüksek sıcaklıkta değiştirilebilir süper iletken diyot yapmalarına olanak sağlayan da bu kontroldü; bu, bir gün kuantum biti gibi bir bilgi işlem teknolojisine dahil edilebilecek temel fiziğin bir göstergesiydi.

Zhao, “Bu, kusurlardan korunan kuantum durumlarıyla karakterize edilen topolojik aşamaları incelemek için bir başlangıç ​​noktasıdır” dedi.

Referans: SY Frank Zhao, Xiaomeng Cui, Pavel A. Volkov, Hyobin Yoo, Sangmin Lee, Jules A. Gardener, Austin J. Akey, Rebecca Engelke, Yuval Ronen, Ruidan Chung tarafından yazılan “Bükümlü Bakır Süper İletkenler Arasında Süperiletkenliği Kıran Zaman Ters Simetrisi” , Jinda Guo, Stefan Plug, Taron Tomorrow, Myung Kim, Marcel Franz, Jedediah H. Pixley, Nicola Buccia ve Philip Kim, 7 Aralık 2023, Bilimler.
doi: 10.1126/science.abl8371

Harvard ekibi, ekibi daha önce sıkı teorik hesaplamalar yapmış olan British Columbia Üniversitesi’nden meslektaşları Marcel Franz ve Rutgers Üniversitesi’nden Jed Pixley ile birlikte çalıştı. Ve o bekliyordu A’daki bakır süperiletkenin davranışı Geniş aralık Burulma açılarından. Deneysel gözlemlerin uzlaştırılması aynı zamanda Pavel A. Connecticut Üniversitesi’nden Volkov.

Araştırma kısmen Ulusal Bilim Vakfı, Savunma Bakanlığı ve Enerji Bakanlığı tarafından desteklendi.