하버드 대학교, 고온 초전도체에 대한 혁신적인 접근 방식 공개

제조 방법은 재료 감지를 용이하게 할 수 있습니다.

• 김필립이 이끄는 하버드 연구팀은 구리를 이용해 고온 초전도체를 만든다.
• 세계 최초 첨단 초전도 다이오드 개발 정량적 통계.
• BSCCO에서 방향성 초전류 및 양자 상태 제어를 시연합니다.

초전도체는 수십 년 동안 물리학자들의 흥미를 끌었습니다. 그러나 전자의 흐름이 손실 없이 완벽하게 흐르도록 하는 이러한 물질은 일반적으로 몇 도 더 높은 매우 낮은 온도에서만 양자 역학의 특성을 나타냅니다. 절대 영도 – 실용적이지 않게 만들기 위해.

하버드 물리학과 응용물리학 교수 필립 김(Philip Kim)이 이끄는 연구팀은 널리 연구된 고온 초전도체인 큐프레이트(cuprates)를 만들고 조작하기 위한 새로운 전략을 시연하여 결코 새로운 형태의 초전도체를 엔지니어링할 수 있는 길을 열었습니다. 이전에는 그것을 달성하는 것이 불가능했습니다. 재료.

독특한 방법으로 저온 소자를 제작한 김 교수팀은 논문을 저널에 게재했다. 과학 전류를 한 방향으로 흐르게 하는 스위치인 세계 최초의 고온 초전도 다이오드의 유망한 후보는 얇은 구리 결정으로 만들어졌습니다. 이론적으로 이러한 장치는 유지 관리가 어려운 일시적인 기계적 현상에 의존하는 양자 컴퓨팅과 같은 신흥 산업에 활력을 불어넣을 수 있습니다.

배경 데이터와 함께 꼬이고 쌓인 구리 초전도체의 그래픽 표현입니다. 사진: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Chow

김 교수는 “자기장을 적용하지 않고도 고온 초전도 다이오드가 실제로 가능하며, 이국적인 물질 연구에 새로운 문을 열었다”고 말했다.

큐프레이트는 이론가들이 생각했던 것보다 훨씬 높은 온도에서 초전도체가 된다는 사실을 보여줌으로써 수십 년 전 물리학계를 뒤집어 놓은 구리 산화물이며, ‘더 높다’는 상대적인 용어입니다(구리 초전도체의 현재 기록은 -225입니다). . 에프). 그러나 초전도 단계를 파괴하지 않고 이러한 물질을 조작하는 것은 복잡한 전자 및 구조적 특성으로 인해 매우 복잡합니다.

SY 팀의 실험은 그리핀 예술 과학 대학원의 전 학생이자 현재 그리핀의 박사후 연구원인 Frank Zhao가 주도했습니다. 매사추세츠 공과대학. Zhao는 고순도 아르곤에서 공기가 없는 극저온 결정 처리 방법을 사용하여 BSCCO(“bisco”)라는 별명을 가진 두 개의 극도로 얇은 구리, 칼슘, 비스무트 및 산화스트론튬 층 사이의 깨끗한 인터페이스를 설계했습니다. BSCCO는 화씨 약 288도에서 초전도를 시작하기 때문에 “고온” 초전도체로 간주됩니다. 이는 실제 기준으로는 매우 차갑지만 일반적으로 화씨 -400도까지 냉각해야 하는 초전도체 중에서는 놀라울 정도로 높습니다.

Zhao는 먼저 BSCCO를 인간 머리카락 너비의 1,000분의 1인 두 개의 층으로 나누었습니다. 그런 다음 -130도에서 칩이 잘못 정렬된 아이스크림 샌드위치처럼 두 개의 층을 45도 각도로 쌓으면서 부서지기 쉬운 경계면에서 초전도성을 유지했습니다.

연구팀은 인터페이스를 통해 저항 없이 통과할 수 있는 최대 초전류가 전류의 방향에 따라 다르다는 사실을 발견했습니다. 결정적으로, 팀은 또한 이 극성을 역전시킴으로써 계면 양자 상태의 전자 제어를 입증했습니다. 실제로 양자 비트와 같은 컴퓨팅 기술에 통합될 수 있는 기본 물리학의 시연인 고온 전환 가능 초전도 다이오드를 실제로 만들 수 있었던 것은 바로 이러한 제어였습니다.

Zhao는 “이것은 결함으로부터 보호되는 양자 상태를 특징으로 하는 위상 위상을 연구하는 출발점”이라고 말했습니다.

참고: SY Frank Zhao, Xiaomeng Cui, Pavel A. Volkov, 유효빈, 이상민, Jules A. Gardener, Austin J. Akey, Rebecca Engelke, Yuval Ronen, Ruidan Chung의 “꼬인 구리 초전도체 사이의 시간 반전 대칭 파괴 초전도성” , Jinda Guo, Stefan Plug, Taron Tomorrow, Myung Kim, Marcel Franz, Jedediah H. Pixley, Nicola Buccia 및 Philip Kim, 2023년 12월 7일, 과학.
도이: 10.1126/science.abl8371

하버드 팀은 이전에 엄격한 이론적 계산을 수행했던 브리티시 컬럼비아 대학의 동료 Marcel Franz 및 Rutgers 대학의 Jed Pixley와 협력했습니다. 그리고 그는 예상했다 A에서 구리 초전도체의 거동 넓은 범위 비틀림 각도에서. 실험적 관찰을 조정하려면 Pavel A.가 수행한 새로운 이론적 개발도 필요합니다. 코네티컷 대학의 볼코프(Volkov).

이 연구는 국립과학재단, 국방부, 에너지부의 일부 지원을 받았습니다.