Suunnittelijan suprajohtava timantti

Timantti on erittäin arvokas tieteelle ja teknologialle äärimmäisen kovuutensa, korkean lämmönjohtavuutensa, läpinäkyvyyllä suurelle osaa valospektriä ja monien muiden poikkeuksellisten ominaisuuksiensa vuoksi.

Kaksi vuosikymmentä sitten tiedemiehet löysivät toisen edun: oikeissa olosuhteissa timantista voi tulla suprajohtava – jolloin sähkö voi kulkea sen läpi ilman resistanssia.

Vielä äskettäin he tiesivät kuitenkin vain vähän siitä, miten se tapahtuu, mikä rajoitti sen käyttöä korkean teknologian sovelluksissa.

Nyt Penn State yliopiston, Chicagon yliopiston Pritzkerin molekyylitekniikan koulun (UChicago PME) ja Yhdysvaltain kansallisen kvanttitietotieteen tutkimuskeskuksen Q-NEXTin tutkijat ovat Argonnen kansallislaboratorion johdolla löytäneet uusia näkökulmia ilmiön taustalla olevaan fysiikkaan luomalla huolellisesti korkealaatuista timanttia, eristämällä elektroniset ilmiöt materiaalikohinasta ja paljastamalla pitkään piilossa olleet perustavanlaatuiset mekanismit.

Äskettäin julkaistu tutkimus tarjoaa mahdollisen tiekartan useiden toimintojen mahdollistamiseksi yhdellä kvanttisirulla – innovaatio, joka voisi tehostaa kvanttiteknologioita ja parantaa niiden integrointia klassisiin teknologioihin.

Avain piilee erityyppisten kubittien rakenneosien, ominaisuuksissa. Tällä hetkellä voi olla vaikeaa yhdistää kvanttiteknologioita erilaisiin kubitteihin, mutta niiden molempien mahdollistaminen yhdessä materiaalissa, erityisesti termisesti tehokkaassa puolijohteessa, joka on yhtä monipuolinen kuin timantti, voisi olla merkittäviä vaikutuksia.

”Tämä tarjoaa uuden ajattelutavan integroimalla suprajohtavan ja puolijohteisen käyttäytymisen, mikä luo mahdollisuuksia monitoimisille kvanttilaitteille”, sanoo professori David Awschalom. ”Kuvittele tulevaisuuden teknologia, joka yhdistää valon, spinin, suprajohtavuuden ja magnetismin kaikki yhdessä materiaalissa, joka voitaisiin integroida myös nykypäivän mikroelektroniikkaan. Näiden nimellisesti erilaisten tieteenalojen rajapinnassa on valtava potentiaali, jota voidaan kehittää järjestelmän syvemmän fysikaalisen ymmärryksen avulla tarkan atomitason suunnittelun avulla.”

Jotta timantista tulisi suprajohtava, se on "seostettava" boorin atomeilla.

Yllättäen tutkimusryhmä löysi piilevän järjestyksen boorin epäjärjestyneestä jakautumasta suprajohtavien "lätäköiden" mosaiikin muodossa, joiden on lopulta yhdistyttävä, jotta sähkö pääsee virtaamaan ilman resistanssia – mitä he kuvailevat "rakeiseksi suprajohtavuudeksi".

Tunnistamalla, miten elektronit liikkuvat näiden suprajohtavien lätäköiden läpi ja niiden välillä, tieteilijät voivat nyt alkaa "ommella" näitä suprajohtavia lätäköitä yhteen tehokkaammin, mikä voisi merkittävästi parantaa tulevien kvanttilaitteiden suorituskykyä ja lämpötila-aluetta. Tällä hetkellä nämä järjestelmät vaativat toimiakseen äärimmäistä jäähdytystä; lämpötilan nostaminen tekisi kvanttiteknologiasta helpommin saatavilla olevaa ja energiatehokkaampaa.

Aiheesta aiemmin:

Uusi näkökulma timanttielektroniikkaan

Timantti mikropiirien lämmönhallintaan

Timanttipuolijohteista löydettiin uusia ominaisuuksia