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新型單向超導(dǎo)二極管有望對(duì)計(jì)算設(shè)備產(chǎn)生巨大影響

2022-05-17 10:20:40來源：cnBeta.COM 閱讀量：137 評(píng)論

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導(dǎo)讀：超導(dǎo)體可以使電子設(shè)備的速度提高數(shù)百倍，并完全消除能量損失，但它們只對(duì)某些應(yīng)用有用，因?yàn)槿绻皇褂么艌?chǎng)，就不可能阻止它們?cè)谒蟹较驅(qū)щ姟?/p>

　　代爾夫特理工大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)展示了一種單向超導(dǎo)體，它在一個(gè)方向上的電阻為零，但在另一個(gè)方向上完全阻斷電流。這一長(zhǎng)期以來被認(rèn)為不可能的發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著計(jì)算速度的400倍飛躍和巨大的能源節(jié)約。超導(dǎo)體可以使電子設(shè)備的速度提高數(shù)百倍，并完全消除能量損失，但它們只對(duì)某些應(yīng)用有用，因?yàn)槿绻皇褂么艌?chǎng)，就不可能阻止它們?cè)谒蟹较驅(qū)щ姟?br /> 
　　在無法控制流動(dòng)方向的情況下建造計(jì)算機(jī)？不可能。因此，我們只能用半導(dǎo)體，而摩爾定律因此會(huì)撞到它們的極限。
 
　　因此，這一發(fā)現(xiàn)是非常重要的。馬扎爾-阿里(Mazhar Ali)副教授和代爾夫特理工大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上發(fā)表了新的研究，打開了超導(dǎo)二極管的大門，預(yù)示著電子產(chǎn)品的速度和能源效率將發(fā)生革命性的變化。
 
　　半導(dǎo)體可以有一個(gè)內(nèi)置的固定偶極子，有效地使電子在一個(gè)方向比另一個(gè)方向更難移動(dòng)，而超導(dǎo)體沒有這樣的內(nèi)置電位，所以只有使用磁場(chǎng)才能誘導(dǎo)出這樣的電位。這是在納米級(jí)水平上極難控制的事情，所以它對(duì)電子學(xué)來說并不實(shí)用。
 
　　為了突破這一限制，阿里和團(tuán)隊(duì)引入約翰霍普金斯大學(xué)材料物理學(xué)團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)的一種新型量子材料。與石墨烯一樣，Nb3Br8是一種用于原子級(jí)薄片的二維材料，但它被推測(cè)為擁有自己的電偶極。阿里和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了所謂的"量子材料約瑟夫森結(jié)"- 兩個(gè)超導(dǎo)體的三明治，中間是量子材料Nb3Br8。"我們能夠?qū)⑦@種Nb3Br8剝離幾個(gè)原子層，制成一個(gè)非常非常薄的三明治結(jié)構(gòu)--只有幾個(gè)原子層的厚度--這是制造約瑟夫森二極管所需要的，而用普通的三維材料是不可能的，"阿里對(duì)SciTechDaily解釋說。
 
　　"許多技術(shù)都是基于舊版本的JJ超導(dǎo)體，"阿里繼續(xù)說。"例如，核磁共振技術(shù)。另外，今天的量子計(jì)算也是基于約瑟夫森結(jié)的。但區(qū)別在于以前只可能使用半導(dǎo)體的技術(shù)，現(xiàn)在有可能使用這種構(gòu)件的超導(dǎo)體來制造。這包括更快的計(jì)算機(jī)，如速度高達(dá)太赫茲的計(jì)算機(jī)，比我們現(xiàn)在使用的計(jì)算機(jī)快300至400倍。這將影響各種社會(huì)和技術(shù)應(yīng)用。如果說20世紀(jì)是半導(dǎo)體的世紀(jì)，那么21世紀(jì)可以成為超導(dǎo)體的世紀(jì)"。
 
　　研究人員使用不同批次的材料建造并測(cè)試了"許多設(shè)備"，每次都發(fā)現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)烈定向的約瑟夫森二極管結(jié)果。他們嘗試逆轉(zhuǎn)二極管，并嘗試在結(jié)點(diǎn)上施加各種磁場(chǎng)以觀察可能會(huì)產(chǎn)生什么影響。結(jié)果顯示二極管在前進(jìn)方向上沒有阻力，在后退方向上有正常的阻力，而且在零磁場(chǎng)下也能工作。
 
　　迄今為止的研究是在極冷的溫度下進(jìn)行的，溫度低于77開爾文(-196℃，-321°F)。因此，下一個(gè)挑戰(zhàn)是將溫度提高到電子設(shè)備可以現(xiàn)實(shí)地用液氮冷卻的區(qū)域。這應(yīng)該可以使用"已知的高Tc超導(dǎo)體"來實(shí)現(xiàn)。
 
　　然后要解決的是制造問題，阿里說。"雖然我們證明這在納米設(shè)備中是可行的，這很好，但我們只做了一小部分。下一步將是研究如何將生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到一個(gè)芯片上的數(shù)百萬個(gè)約瑟夫森二極管。"
 
　　在服務(wù)器群和超級(jí)計(jì)算機(jī)中實(shí)施這種超導(dǎo)技術(shù)將是有意義的。集中計(jì)算是當(dāng)今世界的真正運(yùn)作方式。任何和所有密集的計(jì)算都是在集中的設(shè)施中完成的，在電源管理、熱管理等方面，本地化增加了巨大的好處?，F(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施可以在沒有太多成本的情況下與基于約瑟夫森二極管的電子裝置一起工作。有一個(gè)非常真實(shí)的機(jī)會(huì)，如果在另一個(gè)問題中討論的挑戰(zhàn)被克服，這將徹底改變集中式計(jì)算和超級(jí)計(jì)算的游戲規(guī)則。
 
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