Nanolangasta suprajohtava transistori

Monien suprajohdetekniikoiden taustalla on Josephson-liitos mutta se on varsin herkkä ja kallis rakenne eikä se myöskään toimi hyvin muun elektroniikan kanssa.

Näiden haittojen voittamiseksi MIT:n Karl Berggren ryhmineen kehittää uutta tekniikkaa - suprajohtavaa nanojohtoa -, jonka juuret ovat vanhempia kuin Josephson-liitoksen.

Vuonna 1956 MIT:n sähköinsinööri Dudley Buck julkaisi idean suprajohtavasta tietokoneeseen suunnitellusta kytkimestä, jota hän kutsui kryotroniksi. Siinä oli vain kaksi suprajohtavaa johtoa: Yksi suora ja toinen kierretty suoran ympärille. Kun virta kulkee kierretyn johdon läpi, sen magneettikenttä vähentää suoran langan läpi kulkevaa virtaa.

Tuolloin kryotroni oli paljon pienempi kuin sen aikaiset tyhjiöputket tai transistorit. Mutta vuonna 1959 Buck kuoli yhtäkkiä 32-vuotiaana mikä pysäytti kryotronin kehityksen.

Nyt Berggren herättää Buckin ideoita uuteen eloon. "Valmistamamme laitteet ovat hyvin samanlaisia kuin kryotronit, koska ne eivät vaadi Josephson-liitoksia", hän sanoo.

Berggenin nanokryotroniksi kutsuma rakenne käyttää kytkimen ohjailuun lämpöä magneettikentän sijaan. Rakenteessa virta kulkee suprajohtavan, jäähdytetyn langan läpi. Siihen on kytketty pienempi johde, johon ohjattu virta lämmetessään ja levitessään aiheuttaa pääjohteen suprajohtavuuden menetyksen.

Berggrenin ryhmä on jo osoittanut todisteen nanokryotronin käytöstä elektronisena komponenttina. Näitä nanokryotroneja on käytetty myös rajapintana suprajohtavien laitteiden ja klassisen, transistoripohjaisen elektroniikan välillä.

Berggren uskoo. että ryhmänsä suprajohtava nanorakenne voisi jonain päivänä täydentää tai ehkä kilpailla suprajohteisten Josephson-liitosten kanssa. "Johtojen valmistus on suhteellisen helppoa, joten sillä voi olla joitain etuja valmistettavuuden kannalta", hän sanoo.

Hänen mielestään nanokryotroni voisi jonain päivänä löytää kodin suprajohtavissa kvanttitietokoneissa ja ylijäähdytetyssä elektroniikasta teleskooppeihin. Johdoilla on pieni tehohäviö, joten ne voivat olla käteviä myös energiahimoisissa sovelluksissa, hän sanoo. "Se ei todennäköisesti korvaa puhelimesi transistoreita, mutta jos se voisi korvata palvelintilan tai palvelinkeskuksen transistorin silläkin olisi valtava vaikutus."

Aiheesta aiemmin:

Elektronille vauhtia tyhjiössä ja nanolangalla

Nanolankatransistori germaniumista