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科學家發明單向電流超導技術

導體內電子流動產生電流示意圖(Shutterstock)
導體內電子流動產生電流示意圖(Shutterstock)

編譯/高文森
4月27日發表於《自然》(Nature)期刊的一篇文章稱,研究者發明了讓電流只往一個方向流動的超導技術。

20世紀,很多科學家都對超導現象感到困惑。西元1911年,荷蘭物理學家卡默林·昂內斯(Kamerlingh Onnes)發現了超導現象。在超導體內,電流可以在零阻力的環境下流動。

而單向超導體指的是電流只有向一個方向流動遇到的才是零阻力。這就像發明一種冰塊,向一個方向滑動是零阻力,而向另一個方向滑動則遇到無限大的阻力一樣不可思議。這在以前看來,是不可能實現的事情,但是這個研究實現了這種技術。

這項研究的負責人荷蘭代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)副教授馬扎爾·阿里(Mazhar Ali)說,電子設備用上超導材料不僅可以提升運行速度,而且大幅節能。

阿里介紹說,他們利用一種類似石墨烯的平面量子材料,代替傳統約瑟夫森效應中所使用的普通材料作為屏障,製成了量子材料約瑟夫森效應。這種量子材料自有的特性,使得它能夠以全新的方式控制兩個超導體的耦合,從而實現了單向超導技術。

目前他們使用了簡單的超導材料,對運行溫度要求較低。阿里說,下一步他們希望嘗試所謂的「高溫超導」材料,希望把運行溫度提升到77K(克耳文)以上。(克耳文是熱力學溫度單位)

另一個要解決的技術難題是,怎樣擴大這種材料的生產規模。他們在奈米設備上展示了這項技術的可行性,只製造了幾個。阿里說,下一步要研究怎樣在一個晶片內製造上千個約瑟夫森效應。

阿里表示,使用這種材料可讓電腦的運行速度提升300~400倍。他說:「如果說20世紀是半導體的時代,那麼21世紀就是超導體的時代。」◇