Gamybos metodas gali palengvinti medžiagų aptikimą.

• Harvardo komanda, vadovaujama Philipo Kimo, kuria aukštos temperatūros superlaidininkus naudodama varį.
• Sukūrė pirmąjį pasaulyje pažangų superlaidų diodą Kiekybinė statistika.
• Parodykite kryptinę supersrovę ir kvantinių būsenų valdymą BSCCO.

Superlaidininkai fizikus domino dešimtmečius. Bet šios medžiagos, leidžiančios elektronų srautui tekėti tobulai ir be nuostolių, šį kvantinės mechanikos ypatumą dažniausiai demonstruoja tik esant labai žemai – keliais laipsniais aukštesnei temperatūrai. Absoliutus nulis – Kad tai būtų nepraktiška.

Mokslininkų komanda, vadovaujama Harvardo fizikos ir taikomosios fizikos profesoriaus Philipo Kimo, pademonstravo naują strategiją, skirtą gaminti ir manipuliuoti plačiai ištirta aukštos temperatūros superlaidininkų klase, vadinama kupratais, atveriančią kelią kurti naujas ir neįprastas superlaidumo formas tose vietose, kur niekada nebuvo. Anksčiau to pasiekti nebuvo įmanoma. Medžiaga.

Naudodamas unikalų metodą žemos temperatūros prietaisams gaminti, Kim ir jo komanda parašė savo ataskaitą žurnale Mokslai Perspektyvus kandidatas į pirmąjį pasaulyje aukštos temperatūros superlaidųjį diodą – iš esmės jungiklį, leidžiantį srovės tekėjimui viena kryptimi – yra pagamintas iš plonų vario kristalų. Teoriškai toks įrenginys galėtų paskatinti besivystančias pramonės šakas, tokias kaip kvantinė kompiuterija, kuri priklauso nuo laikinų mechaninių reiškinių, kuriuos sunku išlaikyti.

Susukto ir sukrauto vario superlaidininko grafinis vaizdas su pridedamais foniniais duomenimis. Fotografavo: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Chow

„Aukštos temperatūros superlaidieji diodai iš tikrųjų yra įmanomi nenaudojant magnetinių laukų ir atveria naujas duris tiriant egzotines medžiagas“, – sakė Kim.

Kupratai yra vario oksidai, kurie prieš dešimtmečius apvertė fizikos pasaulį aukštyn kojomis, parodydami, kad jie tampa superlaidūs esant daug aukštesnei temperatūrai, nei manė teoretikai, o „aukštesnis“ yra santykinis terminas (dabartinis vario superlaidininko rekordas yra -225). . F). Tačiau manipuliuoti šiomis medžiagomis nesunaikinant jų superlaidžių fazių yra labai sudėtinga dėl sudėtingų elektroninių ir struktūrinių savybių.

SY komandos eksperimentams vadovavo Frankas Zhao, buvęs Griffin Graduate School of Arts and Sciences, o dabar Griffin doktorantūros tyrėjas. Masačiusetso Technologijų Institutas. Naudodamas beorį kriogeninių kristalų apdorojimo metodą didelio grynumo argone, Zhao sukūrė švarią sąsają tarp dviejų itin plonų vario, kalcio, bismuto ir stroncio oksido sluoksnių, pramintų BSCCO („bisco“). BSCCO laikomas „aukštos temperatūros“ superlaidininku, nes jis pradeda superlaidumą esant maždaug 288 laipsnių pagal Farenheitą – pagal praktinius standartus labai šalta, tačiau stebėtinai aukšta tarp superlaidininkų, kurie paprastai turi būti atšaldyti iki maždaug –400 laipsnių pagal Farenheitą.

Zhao pirmiausia padalijo BSCCO į du sluoksnius, kurių kiekvienas yra tūkstantoji žmogaus plauko pločio. Tada, esant -130 laipsnių, jis sudėjo du sluoksnius 45 laipsnių kampu, kaip sumuštinį su ledais, kurių traškučiai buvo neteisingai išlyginti, išlaikant superlaidumą trapioje sąsajoje.

Komanda atrado, kad didžiausia supersrovė, kuri gali praeiti be pasipriešinimo per sąsają, skiriasi priklausomai nuo srovės krypties. Svarbiausia, kad komanda taip pat pademonstravo elektroninį sąsajos kvantinės būsenos valdymą, pakeisdama šį poliškumą. Būtent šis valdiklis iš tikrųjų leido jiems sukurti aukštos temperatūros perjungiamą superlaidų diodą – tai pamatinės fizikos demonstravimas, kurį vieną dieną būtų galima įtraukti į skaičiavimo technologiją, pavyzdžiui, kvantinį bitą.

„Tai yra atspirties taškas tiriant topologines fazes, kurioms būdingos kvantinės būsenos, apsaugotos nuo defektų“, – sakė Zhao.

Nuoroda: SY Frank Zhao, Xiaomeng Cui, Pavel A. Volkov, Hyobin Yoo, Sangmin Lee, Jules A. Gardener, Austin J. Akey, Rebecca Ronenung, Ruidan Chhungke, „Time Reversal Symmetry Breaking Superconductivity Between Twisted Copper Superconductors“. , Jinda Guo, Stefanas Plugas, Taronas Tomorrow, Myung Kimas, Marcelis Franzas, Jedediah H. Pixley, Nicola Buccia ir Philipas Kimas, 2023 m. gruodžio 7 d. Mokslai.
doi: 10.1126/science.abl8371

Harvardo komanda dirbo su kolegomis Marceliu Franzu iš Britų Kolumbijos universiteto ir Jedu Pixley iš Rutgerso universiteto, kurių komanda anksčiau atliko griežtus teorinius skaičiavimus. Ir jis tikėjosi Vario superlaidininko elgesys A Platus pasirinkimas Iš sukimo kampų. Norint suderinti eksperimentinius stebėjimus, taip pat reikia naujų teorinių pokyčių, kurių ėmėsi Pavelas A. Volkovas iš Konektikuto universiteto.

Tyrimą iš dalies rėmė Nacionalinis mokslo fondas, Gynybos departamentas ir Energetikos departamentas.