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最具希望高温超导二极管或出现,可为量子计算等新兴行业提供动力|总编辑圈点

科技日报记者 张佳欣

几十年来,超导体一直是物理学界研究的热点。但这些允许电子完美、无损流动的材料,通常只在非常低的温度下(比绝对零度高几度)才表现出这种量子力学特性。美国哈佛大学一个研究团队展示了一种新策略,可制造和操纵铜酸盐高温超导体,为在以前无法获得的材料中设计新的超导形式扫清了道路。

使用一种独特的低温器件制造方法,研究团队在最新一期《科学》杂志上报告了世界上第一个有希望的高温超导二极管。其本质是一种使电流单向流动的开关,由薄的铜酸盐晶体制成。从理论上讲,这样的设备可为量子计算等新兴行业提供动力。

铜酸盐是一种铜氧化物。几十年前,它颠覆了物理界,因为它在比理论家认为的可能温度高得多的温度下成为超导体。然而,由于这些材料复杂的电子和结构特征,在不破坏其超导相的情况下处理这些材料是非常困难的。

铋锶钙铜氧化物,通常称为BSCCO。此次实验中,研究人员使用超纯氩气中的无空气低温晶体操纵方法,在铜酸盐的两层极薄的BSCCO之间设计了一个干净的界面。BSCCO被认为是一种“高温”超导体,因为它在大约零下177℃的温度下开始产生超导现象,这一温度在超导体中高得惊人。要产生超导现象,通常必须冷却到零下240℃左右。

研究人员首先将BSCCO分成两层,每一层的宽度都是人类头发丝宽度的千分之一。然后,在零下90℃的温度下,研究人员将两个层以45度扭转的方式堆叠在一起,这就保持了脆弱界面的超导性。

团队发现,根据电流方向的不同,可无电阻通过界面的最大超电流是不同的。该团队还通过反转这种极性,展示了对界面量子态的电子控制。正是这种控制使他们能够制造出可切换的高温超导二极管。

总编辑圈点

今年,关于高温超导领域突破的争议,吸引了全球好奇的目光。超导材料是量子计算的理想材料。电子可以在超导材料里配对移动,以量子位的形式存储信息;而且超导材料与半导体之间的相互作用可用于量子干涉和操控,促进量子信息技术的全面飞跃。一旦室温超导量子技术问世,我们就能在方寸之间表演神迹——用驱动耳机的电量来实现超级计算机的速度和效率。然而,想将超导威力引入日常计算,我们先要找到室温超导体,这仍是悬而未决的问题。


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