Spôsob výroby môže uľahčiť detekciu materiálu.

• Harvardský tím pod vedením Philipa Kima vytvára vysokoteplotné supravodiče pomocou medi.
• Vyvinul prvú pokročilú supravodivú diódu na svete Kvantitatívne štatistiky.
• Ukážte smerový superprúd a riadenie kvantových stavov v BSCCO.

Supravodiče fascinujú fyzikov už celé desaťročia. Ale tieto materiály, ktoré umožňujú prúdeniu elektrónov dokonale a bez strát, zvyčajne vykazujú túto zvláštnosť kvantovej mechaniky len pri veľmi nízkych teplotách – o niekoľko stupňov vyšších. Absolútna nula – Aby to bolo nepraktické.

Výskumný tím vedený profesorom fyziky a aplikovanej fyziky na Harvarde Philipom Kimom demonštroval novú stratégiu výroby a manipulácie so široko študovanou triedou vysokoteplotných supravodičov nazývaných kupráty, čím pripravil pôdu pre skonštruovanie nových a nezvyčajných foriem supravodivosti na miestach, ktoré ešte nikdy neboli. Predtým to nebolo možné dosiahnuť. Materiál.

Kim a jeho tím pomocou jedinečnej metódy na výrobu nízkoteplotných zariadení napísali svoju správu do časopisu vedy Sľubný kandidát na prvú vysokoteplotnú supravodivú diódu na svete – v podstate prepínač, ktorý umožňuje prúdenie prúdu v jednom smere – je vyrobený z tenkých medených kryštálov. Teoreticky by takéto zariadenie mohlo poháňať vznikajúce odvetvia, ako je kvantová výpočtová technika, ktorá sa spolieha na prechodné mechanické javy, ktoré sa ťažko udržiavajú.

Grafické znázornenie skrúteného a stohovaného medeného supravodiča so sprievodnými podkladovými údajmi. Fotografia: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Chow

„Vysokoteplotné supravodivé diódy sú skutočne možné bez použitia magnetických polí a otvárajú nové dvere výskumu v štúdiu exotických materiálov,“ povedal Kim.

Kupráty sú oxidy medi, ktoré pred desiatkami rokov obrátili svet fyziky hore nohami tým, že ukázali, že sa stávajú supravodivými pri teplotách oveľa vyšších, ako si teoretici mysleli, a „vyššie“ je relatívny pojem (aktuálny rekord pre medený supravodič je -225). . F). Ale manipulácia s týmito materiálmi bez zničenia ich supravodivých fáz je veľmi zložitá kvôli ich zložitým elektronickým a štrukturálnym vlastnostiam.

Experimenty tímu SY viedol Frank Zhao, bývalý študent na Griffin Graduate School of Arts and Sciences a teraz postdoktorandský výskumník na Griffin. Massachusettský Inštitút Technológie. Pomocou metódy bezvzduchového kryogénneho spracovania kryštálov vo vysoko čistom argóne navrhol Zhao čisté rozhranie medzi dvoma extrémne tenkými vrstvami medi, vápnika, bizmutu a oxidu strontnatého, ktoré sa nazýva BSCCO („bisco“). BSCCO sa považuje za „vysokoteplotný“ supravodič, pretože začína byť supravodivý pri teplote asi 288 stupňov Fahrenheita – veľmi chladný podľa praktických štandardov, ale prekvapivo vysoký medzi supravodičmi, ktoré sa zvyčajne musia ochladiť na asi -400 stupňov Fahrenheita.

Zhao najprv rozdelil BSCCO na dve vrstvy, pričom každá mala jednu tisícinu šírky ľudského vlasu. Potom pri -130 stupňoch naskladal dve vrstvy pod 45-stupňovým uhlom ako zmrzlinový sendvič s čipmi nesprávne zarovnanými, pričom si zachoval supravodivosť na krehkom rozhraní.

Tím zistil, že maximálny superprúd, ktorý môže prejsť bez odporu cez rozhranie, sa mení so smerom prúdu. Rozhodujúce je, že tím tiež preukázal elektronické riadenie kvantového stavu na rozhraní obrátením tejto polarity. Bolo to práve toto ovládanie, ktoré im vlastne umožnilo vyrobiť vysokoteplotnú prepínateľnú supravodivú diódu, demonštráciu základnej fyziky, ktorá by sa jedného dňa mohla začleniť do výpočtovej techniky, ako je napríklad kvantový bit.

„Toto je východiskový bod pri štúdiu topologických fáz, ktoré sa vyznačujú kvantovými stavmi chránenými pred defektmi,“ povedal Zhao.

Referencia: „Symetria s obrátením času, prelomenie supravodivosti medzi krútenými medenými supravodičmi“ od SY Frank Zhao, Xiaomeng Cui, Pavel A. Volkov, Hyobin Yoo, Sangmin Lee, Jules A. Gardener, Austin J. Akey, Rebecca Engelke, Yuval Ronen, Ruidan Chung , Jinda Guo, Stefan Plug, Taron Tomorrow, Myung Kim, Marcel Franz, Jedediah H. Pixley, Nicola Buccia a Philip Kim, 7. decembra 2023, vedy.
doi: 10.1126/science.abl8371

Harvardský tím spolupracoval s kolegami Marcelom Franzom z University of British Columbia a Jedom Pixleym z Rutgers University, ktorých tím predtým vykonal rigorózne teoretické výpočty. A očakával Správanie medeného supravodiča v A Veľký rozsah Z torzných uhlov. Zosúladenie experimentálnych pozorovaní si tiež vyžaduje nový teoretický vývoj, ktorý vykonal Pavel A. Volkov z University of Connecticut.

Výskum čiastočne podporila Národná vedecká nadácia, ministerstvo obrany a ministerstvo energetiky.