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초전도체는 수십 년 동안 물리학자들의 흥미를 끌었습니다. 그러나 완벽하고 손실 없는 전자 흐름을 허용하는 이러한 물질은 일반적으로 절대 영도 – 실용적이지 않게 만들기 위해.
하버드 물리학 및 응용물리학 교수 필립 김(Philip Kim)이 이끄는 연구팀은 널리 연구된 고온 초전도체 클래스인 큐프레이트(cuprates)를 만들고 조작하기 위한 새로운 전략을 시연하여 이전에는 달성할 수 없었던 새롭고 특이한 형태의 초전도성을 엔지니어링할 수 있는 길을 열었습니다. 재료.
독특한 저온 소자 제조 방법을 사용하여 김과 그의 팀은 Science 저널에 세계 최초 최고 수준의 유망 후보를 보고했습니다. -온도, 초전도 다이오드 – 기본적으로 전류가 한 방향으로 흐르도록 하는 스위치 – 얇은 구리산염 결정으로 만들어졌습니다. 이러한 장치는 이론적으로 유지하기 어려운 일시적인 기계적 현상에 의존하는 양자 컴퓨팅과 같은 신생 산업을 촉진할 수 있습니다.
배경에 수반되는 데이터와 함께 쌓이고 뒤틀린 구리산염 초전도체의 그래픽 표현. 크레딧: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Zhao
김 교수는 “고온 초전도 다이오드는 실제로 자기장을 적용하지 않고도 가능하며 이국적인 재료 연구에 대한 새로운 탐구의 문을 열어준다”고 말했다.
큐레이트는 수십 년 전 이론가들이 가능하다고 생각했던 것보다 훨씬 더 높은 온도에서 초전도체가 된다는 사실을 보여줌으로써 물리학계를 뒤흔든 산화구리입니다. "더 높다"는 것은 상대적인 용어입니다(현재 큐레이트 초전도체에 대한 기록은 다음과 같습니다. 225 화씨). 그러나 초전도 단계를 파괴하지 않고 이러한 물질을 처리하는 것은 복잡한 전자 및 구조적 특징으로 인해 매우 복잡합니다.
팀의 실험은 전 그리핀 예술 과학 대학원 학생이자 현재 MIT의 박사후 연구원인 S. Y. Frank Zhao가 주도했습니다.. 초순수 아르곤에서 공기가 없는 극저온 결정 조작 방법을 사용하여 Zhao는 BSCCO("bisco")라는 별명을 가진 구리산염 비스무트 스트론튬 칼슘 구리 산화물의 매우 얇은 두 층 사이의 깨끗한 경계면을 설계했습니다. BSCCO는 화씨 영하 288도 정도에서 초전도를 시작하기 때문에 '고온' 초전도체로 간주됩니다. 이는 실제 표준으로는 매우 차갑지만 초전도체 중에서는 놀라울 정도로 높은 온도로 일반적으로 화씨 약 영하 400도까지 냉각해야 합니다.
Zhao는 먼저 BSCCO를 인간 머리카락 너비의 1,000분의 1인 두 개의 층으로 나누었습니다. 그런 다음 -130에서 그는 비스듬한 웨이퍼가 있는 아이스크림 샌드위치처럼 45도 비틀어 두 층을 쌓아 깨지기 쉬운 경계면에서 초전도성을 유지했습니다.
연구팀은 전류의 방향에 따라 인터페이스를 통해 저항 없이 통과할 수 있는 최대 초전류가 다르다는 사실을 발견했다. 결정적으로, 팀은 또한 이 극성을 역전시킴으로써 계면 양자 상태에 대한 전자 제어를 시연했습니다. 이 제어를 통해 그들은 전환 가능한 고온 초전도 다이오드를 효과적으로 만들 수 있었습니다. 이는 언젠가 양자 비트와 같은 컴퓨팅 기술에 통합될 수 있는 기초 물리학의 시연입니다.
Zhao는 “이것은 불완전성으로부터 보호되는 양자 상태를 특징으로 하는 위상 위상을 조사하는 출발점”이라고 말했습니다.
참고: S. Y. Frank Zhao, Xiaomeng Cui, Pavel A. Volkov, 유효빈, 이상민, Jules A. Gardener, Austin J. Akey, Rebecca Engelke의 "뒤틀린 구리산염 초전도체 사이의 시간 역전 대칭 파괴 초전도성" , Yuval Ronen, Ruidan Zhong, Genda Gu, Stephan Plugge, Tarun Tummuru, 김미영, Marcel Franz, Jedediah H. Pixley, Nicola Poccia 및 Philip Kim, 2023년 12월 7일, 과학DOI: 10.1126/science.abl8371.
Harvard 팀은 브리티시 컬럼비아 대학의 Marcel Franz 및 Rutgers 대학의 Jed Pixley와 협력했습니다. 이들 팀은 이전에 정확하게 예측넓은 범위 비틀림 각도에서 구리산염 초전도체의 거동. 실험적 관찰을 조정하려면 코네티컷 대학의 Pavel A. Volkov가 수행한 새로운 이론 개발도 필요했습니다.
이 연구는 부분적으로 국립과학재단, 국방부, 에너지부의 지원을 받았습니다.
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