Учёные Технического университета Делфта (TU Delft) в очередной раз удивили мир: они создали устройство, которое проводит ток в одном направлении без потерь энергии, а в другом совсем не проводит ток, то есть фактически является изолятором, или диэлектриком.
Ранее мы рассказывали о том, что работающие в TU Delft исследователи из самых разных стран мира создали самовосстанавливающийся бетон, беспилотник с дефибриллятором и водородный дрон, стартующий с кораблей.
Теперь же в Нидерландах добились результата, который долгое время считался невозможным. Вместе с тем новый материал обещает 400-кратное ускорение компьютеров в области вычислений и серьёзное снижение энергозатрат.
Ранее учёным не удавалось создать сверхпроводниковые диоды — компоненты компьютера, которые проводят ток только в одном направлении в зависимости от прилагаемого напряжения. Диоды часто делают из полупроводников, внутри которых присутствуют диполи, позволяющие "запирать" ток, то есть не давать электронам двигаться в одну сторону.
Однако в полупроводниках электроны по мере своего движения натыкаются на препятствия, и энергия рассеивается (а сам материал нагревается). Сверхпроводники же создают для тока идеальную безбарьерную среду.
В сверхпроводниках некую аналогию диполей удавалось создать с помощью магнитных полей. Однако это неудобно и дорого.
Направление бега электронов было крайне сложно контролировать на наноуровне, поэтому для электроники подобные подходы оказались непрактичными.
Мазхар Али и его команда придумали решение этой проблемы: вместе с физиками из США они для начала создали квантовый материал.
Как и знаменитый графен, материал под кодовым названием Nb3Br8 представляет собой двумерный материал (лист толщиной в атом). Однако теоретики предполагали, что он содержит собственный электрический диполь.
Поэтому Али и его команда создали то, что они назвали "джозефсоновскими контактами из квантового материала": бутерброды из двух сверхпроводников с квантовым материалом Nb3Br8 посередине.
"Мы смогли отделить всего пару атомных слоев этого Nb3Br8 и сделать [с ними] очень, очень тонкий сэндвич — толщиной всего в несколько атомных слоев — который был необходим для изготовления диода Джозефсона", ‒ объяснил Али изданию SciTech Daily.
С трёхмерными (объёмными) материалами такой трюк провернуть не удалось.
"Многие технологии основаны на старых версиях сверхпроводников [и эффекте Джозефсона], — продолжил Али. ‒ Например, технология МРТ или квантовые вычисления. […] Технологии, которые раньше были возможны только с использованием полупроводников, теперь потенциально могут быть созданы с использованием этого блока".
Пока что "джозефсоновские контакты из квантового материала" работают при очень сильном охлаждении (минус 196 градусов Цельсия).
Таким образом следующая задача для инженеров и физиков — создать такие блоки, которые будут работать хотя бы при охлаждении жидким азотом. Али, впрочем, считает, что это вполне достижимо с использованием известных высокотемпературных сверхпроводников.
Также нынешнее достижение — это лишь первый шаг на длинном пути по масштабированию технологии для промышленного производства.
"Хотя это здорово, что мы доказали, что это работает в наноустройствах, мы сделали лишь несколько [подобных устройств]. Следующим шагом будет исследование возможности масштабирования производства до миллионов джозефсоновских диодов на кристалле", ‒ сказал Али.
Если учёным удастся преодолеть все трудности, позднее на базе новой технологии можно будет создать более быстрые компьютеры, такие как компьютеры с частотой до терагерца (скорость, которая в 300-400 раз выше, чем у современных компьютеров).
Это вновь сильно изменит нашу жизнь, считают учёные. Если XX век считается веком полупроводников, то XXI век вполне может стать веком сверхпроводников.
Исследование голландских учёных было опубликовано в журнале Nature.
Ранее мы сообщали об открытии материала со свойствами проводника и изолятора.
Больше важных и интересных новостей из мира науки и техники вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. "Смотрим" – Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.
