Phương pháp sản xuất có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát hiện vật liệu.

• Nhóm Harvard do Philip Kim dẫn đầu tạo ra chất siêu dẫn nhiệt độ cao sử dụng đồng
• Phát triển diode siêu dẫn tiên tiến đầu tiên trên thế giới Thống kê định lượng.
• Chứng minh siêu dòng định hướng và kiểm soát các trạng thái lượng tử tại BSCCO.

Chất siêu dẫn đã thu hút các nhà vật lý trong nhiều thập kỷ. Nhưng những vật liệu này, cho phép dòng electron chảy hoàn hảo và không bị mất mát, thường chỉ thể hiện tính đặc thù này của cơ học lượng tử ở nhiệt độ rất thấp – cao hơn vài độ. Không tuyệt đối – Để làm cho nó không thực tế.

Một nhóm nghiên cứu do giáo sư vật lý và vật lý ứng dụng Harvard Philip Kim dẫn đầu đã trình diễn một chiến lược mới để chế tạo và điều khiển một loại chất siêu dẫn nhiệt độ cao được nghiên cứu rộng rãi, được gọi là cuprate, mở đường cho kỹ thuật chế tạo các dạng siêu dẫn mới và khác thường ở những nơi chưa từng có. trước đây, trước đây không thể đạt được điều đó. Vật liệu.

Sử dụng một phương pháp độc đáo để chế tạo các thiết bị nhiệt độ thấp, Kim và nhóm của ông đã viết báo cáo của mình trên tạp chí Khoa học Một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho diode siêu dẫn nhiệt độ cao đầu tiên trên thế giới – về cơ bản là một công tắc tạo ra dòng điện chạy theo một hướng – được làm từ các tinh thể đồng mỏng. Về mặt lý thuyết, một thiết bị như vậy có thể cung cấp nhiên liệu cho các ngành công nghiệp mới nổi như điện toán lượng tử, vốn dựa vào các hiện tượng cơ học nhất thời khó bảo trì.

Biểu diễn đồ họa của chất siêu dẫn đồng xoắn và xếp chồng lên nhau, kèm theo dữ liệu cơ bản. Nhiếp ảnh: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Chow

Kim cho biết: “Điốt siêu dẫn nhiệt độ cao thực sự có thể thực hiện được mà không cần ứng dụng từ trường và mở ra những cánh cửa nghiên cứu mới trong việc nghiên cứu các vật liệu kỳ lạ”.

Cuprate là oxit của đồng đã làm đảo lộn thế giới vật lý cách đây nhiều thập kỷ khi cho thấy chúng trở thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với các nhà lý thuyết đã nghĩ, và “cao hơn” là một thuật ngữ tương đối (kỷ lục hiện tại đối với chất siêu dẫn đồng là -225) . F). Nhưng việc điều khiển những vật liệu này mà không phá hủy các pha siêu dẫn của chúng là rất phức tạp do các đặc tính cấu trúc và điện tử phức tạp của chúng.

Các thí nghiệm của nhóm SY được dẫn dắt bởi Frank Zhao, một cựu sinh viên Trường Khoa học và Nghệ thuật Griffin và hiện là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Griffin. Viện Công nghệ Massachusetts. Sử dụng phương pháp xử lý tinh thể đông lạnh không có không khí trong argon có độ tinh khiết cao, Zhao đã thiết kế một bề mặt tiếp xúc sạch sẽ giữa hai lớp đồng, canxi, bismuth và oxit strontium cực mỏng, có biệt danh là BSCCO (“bisco”). BSCCO được coi là chất siêu dẫn “nhiệt độ cao” vì nó bắt đầu siêu dẫn ở nhiệt độ khoảng 288 độ F – rất lạnh theo tiêu chuẩn thực tế, nhưng lại cao đáng ngạc nhiên trong số các chất siêu dẫn thường phải được làm lạnh đến khoảng -400 độ F.

Đầu tiên, Zhao chia BSCCO thành hai lớp, mỗi lớp có chiều rộng bằng một phần nghìn sợi tóc người. Sau đó, ở nhiệt độ -130 độ, anh xếp chồng hai lớp ở góc 45 độ, giống như một chiếc bánh sandwich kem với các con chip không thẳng hàng, trong khi vẫn giữ được tính siêu dẫn ở bề mặt giòn.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng siêu dòng tối đa có thể truyền qua mà không bị cản trở trên bề mặt thay đổi theo hướng của dòng điện. Điều quan trọng là đội nghiên cứu còn chứng tỏ khả năng điều khiển điện tử đối với trạng thái lượng tử bề mặt bằng cách đảo ngược cực tính này. Chính sự điều khiển này thực sự đã cho phép họ tạo ra một điốt siêu dẫn có thể chuyển đổi nhiệt độ cao, một minh chứng cho vật lý cơ bản mà một ngày nào đó có thể được tích hợp vào một phần công nghệ điện toán, chẳng hạn như bit lượng tử.

“Đây là điểm khởi đầu trong việc nghiên cứu các pha tôpô, được đặc trưng bởi các trạng thái lượng tử được bảo vệ khỏi các khuyết tật,” Zhao nói.

Tham khảo: “Sự đối xứng đảo ngược thời gian Phá vỡ tính siêu dẫn giữa các chất siêu dẫn đồng xoắn” của 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 và Philip Kim, ngày 7 tháng 12 năm 2023, Khoa học.
doi: 10.1126/science.abl8371

Nhóm Harvard đã làm việc với các đồng nghiệp Marcel Franz của Đại học British Columbia và Jed Pixley của Đại học Rutgers, nhóm của họ trước đây đã thực hiện các phép tính lý thuyết nghiêm ngặt. Và anh mong đợi Hành vi của chất siêu dẫn đồng trong A Phạm vi rộng Từ góc xoắn. Việc điều chỉnh các quan sát thực nghiệm cũng đòi hỏi những phát triển lý thuyết mới, được thực hiện bởi Pavel A. Volkov của Đại học Connecticut.

Nghiên cứu được hỗ trợ một phần bởi Quỹ khoa học quốc gia, Bộ Quốc phòng và Bộ Năng lượng.