Door een klassiek materiaal te vervangen door een materiaal met unieke kwantumeigenschappen, hebben natuurkundigen een supergeleidend circuit gecreëerd dat in staat is tot prestaties die lang voor onmogelijk werden gehouden.
De ontdekking, gedaan door onderzoekers uit Duitsland, Nederland en de Verenigde Staten, zet eeuwenoude ideeën over de aard van supergeleidende circuits en hoe hun stromen kunnen worden benut en praktische toepassingen gevonden. High-speed circuits met weinig afval, gebaseerd op de fysica van supergeleiding, bieden een uitstekende gelegenheid om supercomputertechnologie naar een nieuw niveau te tillen.
Helaas vormen de kenmerken die deze lichtgewicht vorm van elektrische stroom zo handig maken eindeloze uitdagingen bij het ontwerpen van supergeleidende versies van gewone elektrische componenten.
Neem bijvoorbeeld iets eenvoudigs, zoals een diode. Deze basiseenheid van elektronica is als een eenrichtingsbord voor stromen en biedt een manier om de beweging van elektronen te reguleren, om te zetten en af te stemmen.
In supergeleidende materialen vervaagt de identiteit van deze individuele elektronen, wat resulteert in partners die Cooper-paren worden genoemd, waardoor elk deeltje in het partnerschap de kans krijgt om te ontsnappen aan de energieverslindende schok van een meer typische elektrische stroom. Maar zonder de gebruikelijke weerstandswetten zijn natuurkundigen er niet in geslaagd om supergeleidende elektronen in dezelfde richting te laten bewegen, omdat ze altijd zogenaamd 'wederzijds' gedrag vertonen.
Deze fundamentele aanname dat supergeleiding niet in staat is wederkerigheid te doorbreken (althans zonder manipulatie van het magnetische veld) is sinds het begin van het onderzoek op dit gebied blijven bestaan. Eerlijk gezegd is dit een hindernis waar ingenieurs zonder zouden kunnen.
Deze inspanning moet nu misschien opnieuw worden bekeken na een experiment dat een soort verbinding aantoont met een kwantumcomponent die in staat is om zelfs Cooper-paren een eenrichtingsstraat in te sturen. Josephson-overgangen zijn dunne stroken niet-supergeleidend materiaal die een paar supergeleidende materialen scheiden. Als het materiaal dun genoeg is, kunnen elektronen er ongehinderd doorheen. Onder een bepaald niveau heeft deze overstroom geen spanning. Op het kritieke punt treedt een spanning op die snel in golven oscilleert, die kan worden gebruikt in toepassingen zoals kwantumcomputers.
Ervoor zorgen dat deze stroom altijd maar in één richting stroomt, was voorheen mogelijk met een extern magnetisch veld. Maar het team ontdekte dat als ze een tweedimensionaal rooster op basis van niobiummetaal gebruikten, ze het veld achterwege konden laten en uitsluitend konden vertrouwen op de kwantumeigenschappen van het materiaal.
Het team is ervan overtuigd dat ze alle vakjes hebben aangekruist die nodig zijn om hun ontdekking te onderbouwen. Er is echter nog een lange weg te gaan voordat we supergeleiders zien als de kern van de volgende generatie computers.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Lees ook:
- Astrofysici beweren dat er een "planetaire geest" bestaat... maar er is er geen op aarde
- Oekraïense ruimtevaartstartup ontwikkelt apparatuur voor militaire behoeften