零磁場(chǎng)指的是N極和S極的磁力,在兩極的區(qū)域內(nèi)相互拮抗而使磁力抵消,但磁力在該處的變動(dòng)幅度很大,只是在整體表現(xiàn)上,仍然保持著接近零的數(shù)值,呈現(xiàn)極低磁場(chǎng)狀態(tài)的場(chǎng)域。
超導(dǎo)體指的是在某一溫度下,電阻為零的導(dǎo)體。超導(dǎo)體不僅具有零電阻的特性,另一個(gè)重要特征是完全抗磁性,它可以使電子設(shè)備的速度提高數(shù)百倍,且無(wú)能量損耗。常傳導(dǎo)中,電子以單粒子的形式運(yùn)動(dòng);在超導(dǎo)體中,它們成對(duì)運(yùn)動(dòng),而不會(huì)損失任何電能。然后超導(dǎo)體自1911年由荷蘭物理學(xué)家卡末林·昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)后,至今也沒(méi)有人能夠解決讓超導(dǎo)電子僅單向運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。
近日,荷蘭代爾夫特理工大學(xué)副教授馬扎爾·阿里及其研究小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了零磁場(chǎng)的單向超導(dǎo)性。約瑟夫森結(jié)是由兩塊超導(dǎo)體夾以某種很薄的勢(shì)壘材料而構(gòu)成的結(jié)構(gòu),例如S(超導(dǎo)體)—I(半導(dǎo)體或絕緣體)—S(超導(dǎo)體)結(jié)構(gòu),如同一個(gè)三明治。它沒(méi)有任何特殊的破壞對(duì)稱(chēng)性機(jī)制可導(dǎo)致電子單向?qū)щ?。Nb3Br8是一種像石墨烯一樣的二維材料,理論上它含有一個(gè)凈電偶極子,其本征特性可以新方式調(diào)制兩個(gè)超導(dǎo)體之間的耦合。
研究人員在其所稱(chēng)的“量子材料約瑟夫森結(jié)”中,用量子材料Nb3Br8代替了約瑟夫森結(jié)中的經(jīng)典勢(shì)壘材料,剝離了Nb3Br8幾個(gè)原子層后,將其作為三明治的超薄“夾心”,放置于兩個(gè)超導(dǎo)體之間,從而制作了約瑟夫森二極管。Nb3Br8是首次實(shí)現(xiàn)約瑟夫森二極管的關(guān)鍵部件,而正常三維材料無(wú)法做到。
為了確保新的約瑟夫森二極管具有超導(dǎo)二極管效應(yīng),研究人員在其正向和反向都施加了相同大小的電流。他們發(fā)現(xiàn),在一個(gè)方向上實(shí)際上沒(méi)有測(cè)量到電阻(超導(dǎo)電性),而在另一個(gè)方向上測(cè)量到了實(shí)際電阻(正常電導(dǎo)率)。并且在施加不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)時(shí),也測(cè)量了這一效應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)磁場(chǎng)為0時(shí),這種效應(yīng)明顯存在,而當(dāng)磁場(chǎng)作用時(shí),這種效應(yīng)就會(huì)消失。
以前只能使用半導(dǎo)體去實(shí)現(xiàn)的技術(shù),現(xiàn)在有望使用超導(dǎo)體架構(gòu)而成,例圖速度高達(dá)太赫茲的計(jì)算機(jī),比我們當(dāng)前設(shè)備快300到400倍,其問(wèn)世將影響各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用甚至整個(gè)社會(huì)。零磁場(chǎng)的單向超導(dǎo)性的發(fā)現(xiàn),為超導(dǎo)計(jì)算鋪平了道路,或徹底改變集中式計(jì)算和超級(jí)計(jì)算。
(資料參考來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)、百科)
原標(biāo)題:零磁場(chǎng)的單向超導(dǎo)性被發(fā)現(xiàn)!計(jì)算機(jī)速度有望提高至太赫茲
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