“高温”超导重大突破!全球首个二极管问世 量子计算料受益
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2024-06-26 18:47:34
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  超导体几十年来一直吸引着物理学家,它们允许完美的、无损的电子流动。但是这些材料,通常只在温度很低的情况下——比绝对零度(零下273.15摄氏度)高几度,才能表现出这种量子力学特性。这使得实际应用变得困难。

  近期,由哈佛大学物理学和应用物理学教授Philip Kim领导的一个研究小组使用铜酸盐,在“高温”超导体方面又取得了重大突破。最新研究成果已于近期发表在了《科学》杂志上。

  通过使用一种独特的低温器件制造方法,该团队成功研制了世界上第一个“高温”超导二极管有希望的候选物。这一发明对于量子计算至关重要,代表着操纵和理解奇异材料和量子态的重要一步。

  据介绍,它本质上是一种使电流向一个方向流动的开关——由薄铜晶体制成。理论上,这样的设备可以为量子计算等新兴行业提供动力,量子计算依赖于难以维持的短暂机械现象。

  “事实证明,高温超导二极管是可能的,不需要磁场的应用,并打开了探索奇异材料研究的新大门,”Kim说。

  铜酸盐是一种铜氧化物,几十年前,它颠覆了物理世界,因为它显示出在比理论温度更高(-225华氏度)的条件下呈现超导性质的能力。但是,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它们是极其复杂的。

  在最新研究中,研究人员使用了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铋锶钙铜氧化物(BSCCO)之间设计了一个干净的界面。

  超导体通常需要在零下400华氏(零下240摄氏度)情况下才具备超导特性,而BSCCO被认为是“高温”超导体,可以在零下288华氏(零下177.7摄氏度)实现超导。

  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130华氏(零下90摄氏度)的温度下,研究人员将两层以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。

  他们发现,可以在没有阻力的情况下通过界面的最大超电流根据电流方向的不同而不同,该团队还展示了通过反转这种极性对界面量子态进行电子控制。

  这种控制有效地使他们能够制造出可切换的高温超导二极管——这是基础物理学的一个示范,有一天可能会被整合到一块计算技术中,比如量子比特。

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