Hallita kolmiulotteisen suprajohtavan nanorakenteen ominaisuuksia

(25.4.2025) Kun materiaaleja kuvioidaan kolmessa ulottuvuudessa, syntyy mahdollisuuksia räätälöidä ja luoda toimintoja, jotka liittyvät monimutkaisuuden lisääntymiseen, symmetrioiden rikkomiseen sekä kaarevuuden ja ei-triviaalien topologioiden käyttöönottoon.

Myös suprajohtavien nanorakenteiden osalta laajentaminen kolmanteen ulottuvuuteen laukaisee uusien fysikaalisten ilmiöiden syntymisen ja johtaa teknologioiden kehitykseen.

Advanced Functional Materials -lehdessä julkaistu Max Planckin kiintoaineiden kemiallisen fysiikan instituutin ja eurooppalaisten instituutioiden kanssa tehty työ esittelee kuinka 3D-nanokuviointia valjastetaan valmistamaan ja hallitsemaan kolmiulotteisesta suprajohtavasta nanorakenteesta esiin tulevia ominaisuuksia.

Työssään tutkijat toteuttivat 3D-suprajohtavan nanoarkkitehtuurin, jossa kolmiulotteinen siltamainen geometria vaikuttaa voimakkaasti suprajohtavaan käyttäytymiseen.

Työssä hyödynnettiin aiheeseen liittyen ensimmäistä kertaa 3D-fokusoitua elektronisuihkun indusoitua kerrostumista, erityistä suorakirjoitustekniikkaa, jolla on mahdollista kuvioida monimutkaisen geometrian 3D-nanorakenteita

Kuljetusmittauksilla määriteltiin suprajohtavat ominaisuudet ja vahvistettiin suprajohtavien pyörteiden esiintymisen ja etenemisen 3D:ssä. Kaarevat suprajohtavat pyörteet määritettiin äärelliselementtisen 3D-ajasta riippuvan Ginsburg-Landau (3D TDGL) -mallinnuksen avulla.

Saavutetuilla tuloksilla luotiin protokolla uudelleenkonfiguroitavien tilojen ja heikkojen linkkien toteuttamiseksi ja geometriseksi ohjaamiseksi, mikä osoittaa geometrisen rajoituksen vaikutukset 3D:ssä.

3D-suprajohtavien nanoarkkitehtuurien laajentamiseen liittyen epätyypilliset laskenta-arkkitehtuurit, kuten neuromorfinen ja kvantti-laskenta, hyötyvät tiheyden, monimutkaisuuden ja yhteenliitettävyyden lisääntymisestä.

Pyörteiden eteneminen 3D-avaruudessa muodostaa reitin 3D-fluksonisiin sovelluksiin, joissa taas suuremman tiheyden ja yhteenliitettävyyden näkymät tarjoavat suuremman monimutkaisuuden, mikä vaikuttaa 3D-anturitekniikoihin.

Lisäksi suprajohtavan tilan geometrinen ohjaus ja heikkojen linkkien paikallinen määrittely avaa oven uudelleenkonfiguroitavien sekatilojen toteuttamiseen nanomittakaavassa.

Tasojärjestelmissä tällainen tilojen rinnakkaiselo on johtanut Josephson-liitosten ja lukuisten sovellusten toteutumiseen, mukaan lukien anturit ja kvanttilaskentaverkot. Laitteen rakenne, geometria ja materiaali määräävät kuitenkin tyypillisesti ennalta kokoonpanon.

Tässä tapauksessa laajennus kolmanteen ulottuvuuteen tarjoaa yksinkertaisen reitin tilojen uudelleenkonfiguroitavaan rinnakkaiseloon. Tällä tavalla voi olla mahdollista saada aikaan monitoimisia yksittäisiä laitteita, kuten antureita, logiikka- ja laskentalaitteita tai neuromorfisia verkkoja.

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa