Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen

30.11.2023

RIKEN-Josephson-liitosten-supravirran-virran-ohjaamiseen-350.jpgDiodin suprajohtava vastine on toteutettu Josephson-liitoksilla, mikä avaa uusia mahdollisuuksia suprajohtavuuden hyödyntämiseen laitteissa

Japanilaisen RIKEN-tutkimuslaitoksen fyysikot ovat luoneet suprajohtavan diodin. Vaikka tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun tällainen laite on toteutettu, tämä esittely tuo esiin uuden menetelmän sen saavuttamiseksi.

Suprajohteet, jotka mahdollistavat sähkövirtojen kulkemisen ilman resistanssia, tarjoavat jännittäviä mahdollisuuksia elektroniikalle. Tämä johtuu siitä, että suprajohtavat piirit ja laitteet lupaavat hyödyntää monenlaisia eksoottisia ilmiöitä, jotka eivät ole mahdollisia tavanomaisissa puolijohdepohjaisissa laitteissa. Niitä voitaisiin esimerkiksi käyttää kvanttitietokoneiden perusrakenneosina.

Yksi tärkeimmistä komponenteista tavanomaisessa piipohjaisessa elektroniikassa on diodi – laite, joka antaa virran kulkea yhteen suuntaan mutta ei toiseen.

Analoginen käsite, suprajohtava diodiefekti on olemassa myös silloin, kun sähköinen resistanssi riippuu siitä, mihin suuntaan virta kulkee. Tämän vaikutuksen osoitti jo vuonna 2020 Kioton yliopiston ryhmä ja sen jälkeen monet muut ryhmät ovat toteuttaneet sellaisen.

Nyt Sadashige Matsuo ja hänen työtoverinsa ovat osoittaneet suprajohtavan diodiefektin uudella tavalla – käyttämällä kahta Josephson-liitoksina tunnettua rakennetta. Erityisesti he pystyivät käyttämään yhtä liitosta hallitsemaan supervirran virtausta toisessa.

Josephson-liitokset koostuvat ohuesta kalvosta ei-suprajohtavasta materiaalista eli esteestä kahden suprajohteen välissä. Joihinkin kriittisiin virtoihin asti elektronit voivat ylittää esteen ilman resistanssia niin sanotussa supravirrassa. Kriittisen virran yläpuolella voi kulkea tavanomainen virta.

Avain suprajohtavan diodiefektin toteuttamiseen oli piirirakenteiden symmetrioiden rikkominen. "Suprajohtavan piirin symmetria, sekä tilassa että ajassa, edellyttää, että kriittiset virrat molemmissa virtaussuunnissa ovat samat", Matsuo selittää. "Rikkomalla tämän symmetrian, kriittinen virta yhteen suuntaan voi olla erilainen kuin toiseen suuntaan." Näin saadaan aikaan suprajohtava diodiefekti.

Matsuo ja tiimi aloittivat peittämällä ohuen mutta laadukkaan kerroksen puolijohteisesta indiumarsenidista kvanttikaivoa alumiinikalvolla. Tälle alustalle he rakensivat sitten kaksi Josephson-liitosta, jotka jakoivat yhden suprajohtavan elektrodin.

Hyvin alhaisessa lämpötilassa ryhmä osoitti, että yhden kytketyn liitoksen vaiheohjaus voi rikkoa aika- ja tilainversioiden symmetriat toisessa liitoksessa.

Tulokset tarjoavat käytännöllisen menetelmän suprajohtavuuden valjastamiseen skaalautuvalla elektronisella alustalla. "Seuraava askel on käyttää Josephson-liitoksiamme muiden eksoottisten suprajohtavien ilmiöiden tutkimiseen", Matsuo sanoo tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Monitoiminen suprajohtava diodi

Suprajohtava diodi ilman magneettikenttää

Suprajohteinen diodi

01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
29.02.2024Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet

Siirry arkistoon »