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新型單向超導二極管有望對計算設(shè)備產(chǎn)生巨大影響

2022-05-17 10:20:40來源：cnBeta.COM 閱讀量：139 評論

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導讀：超導體可以使電子設(shè)備的速度提高數(shù)百倍，并完全消除能量損失，但它們只對某些應用有用，因為如果不使用磁場，就不可能阻止它們在所有方向?qū)щ姟?/p>

　　代爾夫特理工大學的一個團隊展示了一種單向超導體，它在一個方向上的電阻為零，但在另一個方向上完全阻斷電流。這一長期以來被認為不可能的發(fā)現(xiàn)，預示著計算速度的400倍飛躍和巨大的能源節(jié)約。超導體可以使電子設(shè)備的速度提高數(shù)百倍，并完全消除能量損失，但它們只對某些應用有用，因為如果不使用磁場，就不可能阻止它們在所有方向?qū)щ姟?br /> 
　　在無法控制流動方向的情況下建造計算機？不可能。因此，我們只能用半導體，而摩爾定律因此會撞到它們的極限。
 
　　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的一個團隊在《自然》雜志上發(fā)表了新的研究，打開了超導二極管的大門，預示著電子產(chǎn)品的速度和能源效率將發(fā)生革命性的變化。
 
　　半導體可以有一個內(nèi)置的固定偶極子，有效地使電子在一個方向比另一個方向更難移動，而超導體沒有這樣的內(nèi)置電位，所以只有使用磁場才能誘導出這樣的電位。這是在納米級水平上極難控制的事情，所以它對電子學來說并不實用。
 
　　為了突破這一限制，阿里和團隊引入約翰霍普金斯大學材料物理學團隊正在開發(fā)的一種新型量子材料。與石墨烯一樣，Nb3Br8是一種用于原子級薄片的二維材料，但它被推測為擁有自己的電偶極。阿里和他的團隊創(chuàng)造了所謂的"量子材料約瑟夫森結(jié)"- 兩個超導體的三明治，中間是量子材料Nb3Br8。"我們能夠?qū)⑦@種Nb3Br8剝離幾個原子層，制成一個非常非常薄的三明治結(jié)構(gòu)--只有幾個原子層的厚度--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SciTechDaily解釋說。
 
　　"許多技術(shù)都是基于舊版本的JJ超導體，"阿里繼續(xù)說。"例如，核磁共振技術(shù)。另外，今天的量子計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體的技術(shù)，現(xiàn)在有可能使用這種構(gòu)件的超導體來制造。這包括更快的計算機，如速度高達太赫茲的計算機，比我們現(xiàn)在使用的計算機快300至400倍。這將影響各種社會和技術(shù)應用。如果說20世紀是半導體的世紀，那么21世紀可以成為超導體的世紀"。
 
　　研究人員使用不同批次的材料建造并測試了"許多設(shè)備"，每次都發(fā)現(xiàn)了一個強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)點上施加各種磁場以觀察可能會產(chǎn)生什么影響。結(jié)果顯示二極管在前進方向上沒有阻力，在后退方向上有正常的阻力，而且在零磁場下也能工作。
 
　　迄今為止的研究是在極冷的溫度下進行的，溫度低于77開爾文(-196℃，-321°F)。因此，下一個挑戰(zhàn)是將溫度提高到電子設(shè)備可以現(xiàn)實地用液氮冷卻的區(qū)域。這應該可以使用"已知的高Tc超導體"來實現(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)模擴大到一個芯片上的數(shù)百萬個約瑟夫森二極管。"
 
　　在服務(wù)器群和超級計算機中實施這種超導技術(shù)將是有意義的。集中計算是當今世界的真正運作方式。任何和所有密集的計算都是在集中的設(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。有一個非常真實的機會，如果在另一個問題中討論的挑戰(zhàn)被克服，這將徹底改變集中式計算和超級計算的游戲規(guī)則。
 
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