Suprajohteinen diodi

Suprajohteinen Josephson-diodi on valmistettu muutamasta atomikerroksesta (siniset ja valkoiset pallot). Vihreät palloparit edustavat suprajohtavia elektronipareja, jotka liikkuvat yhteen suuntaan, kun taas oranssit pallot edustavat normaaleja johtavia yksittäisiä elektroneja, jotka liikkuvat vastakkaiseen suuntaan.

Apulaisprofessori Mazhar Ali ja hänen tutkimusryhmänsä TU Delftissä ovat löytäneet yksisuuntaisen suprajohtavuuden ilman magneettikenttiä, mitä on pidetty mahdottomana aina suprajohteen löytämisestä lähtien.

Löytö hyödyntää 2D-kvanttimateriaaleja ja tasoittaa tietä suprajohtavalle laskennalle. Suprajohteet voivat tehdä elektroniikasta satoja kertoja nopeampaa, kaikki ilman energiahäviötä. Ali: "Jos 1900-luku oli puolijohteiden vuosisata, 21. vuosisadasta voi tulla suprajohteiden vuosisata."

Suprajohteiden soveltamisella elektroniikkaan on kaksinkertaisia ​​etuja. Suprajohteet voivat tehdä elektroniikasta satoja kertoja nopeampaa ja suprajohteiden käyttöönotto päivittäiseen elämäämme tekisi IT:stä paljon vihreämpää.

Tutkijat vahvistavat konseptin, “The field-free Josephson diode in a van der Waals heterostructure tutkimuspaperissaan.

Ei edes Josephson-liitoksessa (JJ), jotka ovat kahden suprajohteen ja niiden välissä olevan ei-suprajohtavan kerrosrakenne, ei ole ollut mitään erityistä symmetrian katkaisumekanismia, joka olisi johtanut yksisuuntaisuuteen.     

Tutkija toteuttivat diodinsa "Quantum Material Josephson Junctions" (QMJJ), -rakenteella, jossa klassisen estemateriaali korvataan kvanttisella esteellä, jossa kvanttimateriaalin luontaiset ominaisuudet voivat moduloida kahden suprajohteen välistä kytkentää uusilla tavoilla.

Josephson-diodi oli esimerkki tästä: käytimme kvanttimateriaalia Nb3Br8, joka on 2D-materiaalia, jonka on teoriassa oletettu isännöivän netto dipolia, valintamme kvanttimateriaaliesteenä ja asetimme sen kahden suprajohteen väliin.

"Pystyimme kuorimaan vain pari atomikerrosta tästä Nb3Br8:sta ja tekemään vain muutaman atomikerroksen paksuisen kerrostuksen, jota tarvittiin Josephson-diodin valmistukseen, eikä se ollut mahdollista normaalilla 3D-materiaalilla.

Uudella löydöllä voi olla vaikutuksia moniin JJ-suprajohteiden nykyisiin versioihin, esimerkiksi MRI-tekniikka. Myös kvanttilaskenta perustuu nykyään Josephson-liitoksiin. Tekniikka, joka aiemmin oli mahdollista vain puolijohteilla, voidaan nyt mahdollisesti valmistaa suprajohteilla käyttämällä sitä rakenneosana.

Tutkijoiden seuraava tutkimusaihe liittyykin kaupalliseen käyttöön, eli käyttölämpötilan nostamiseen. Tässä käytettiin hyvin yksinkertaista suprajohdetta, mutta seuraavat tavoite on "High Tc -suprajohteiden" käyttö, sillä se mahdollistaa nestemäisellä typellä tehtävän jäähdytyksen.

Aiheesta aiemmin:

Geometrinen diodi

Diodi magneettikentille

Optinen diodi