Фізики відкрили універсальний закон надпровідності

Надпровідні матеріали не мають електричного опору при температурах, близьких до абсолютного нуля. Це означає, що для того, щоб спровокувати протягом електричного струму всередині надпровідника, потрібна дуже невелика кількість енергії.

Такі пристрої, як комп’ютерні процесори, в майбутньому можуть конструюватися з надпровідних матеріалів. Це дозволить витрачати набагато менше електроенергії на роботу обчислювальних машин, ніж це робиться сьогодні, коли замість надпровідників в процесорах використовуються звичайні кремнієві схеми.

Труднощі переходу до сверхпроводниковым технологій обумовлена рядом фундаментальних фізичних проблем, одну з яких вдалося подолати команді з Массачусетського технологічного інституту в рамках нового дослідження. До недавнього часу співвідношення між фізичними і електричними параметрами надпровідників ґрунтувалося переважно на теоретичних висновках і припущеннях. При цьому жоден із законів не був доведений на практиці.

Дослідники з MIT вивели формулу, яка пов’язує товщину матеріалу, температуру і електричне опір, і вона виявилася справедлива для будь-якого надпровідника.

У своїй роботі автори нового дослідження орієнтувалися і на результаті попередніх аналізів і експериментів. Так, раніше було встановлено, що критична температура експлуатації в надпровіднику являє собою функцію, що залежить від товщини матеріалу, з якого він виготовлений, або від показника електричного опору при кімнатній температурі.

Щоб перевірити, чи так це, фізики створили надпровідники з нітриду ніобію. Виявилося, що всі ці висновки хибні.

«Ми так і не побачили чіткої тенденції. Це було дуже дивно, оскільки ми дотримали всі умови, коли створювали надпровідники», — розповідає провідний автор дослідження Йачин Іврі (Yachin Ivry), чия стаття опублікована в журналі Physical Review B.

Щоб зрозуміти, де вступає в силу невідповідність між теорією і практикою, вчені провели експеримент по вирощуванню надтонкої плівки, який повинен був дати більш точні результати.

Дослідники вирішили зберегти один з двох параметрів незмінним — товщину матеріалу або поверхневий опір (опір матеріалу на одиницю площі). Потім, маніпулюючи цими двома параметрами, Іврі і його команда заміряли будь-які мінімальні зміни в показнику критичної температури надпровідника.

У результаті вчені побудували точну модель повторюваності параметрів і залежно від неї критичної температури, а за нею вивели універсальну формулу для тонкоплівкових надпровідників.

«Ці нові знання застосовні для самої широкої сфери фізичних знань. Тонкоплівкові матеріали, для яких працює наша універсальна формула, особливо цікаві з наукової точки зору, оскільки саме вони дозволяють вивчати явище суто квантової природи, відоме як перехід надпровідник-ізолятор. Надпровідність являє собою явище, засноване на колективному поведінці електронів. Тому чим менше товщина надпровідника, тим ближче можливість дослідження цього колективного поведінки», — каже Іврі.

За словами авторів дослідження,

дане відкриття допоможе створювати суперчувствительные фотоприймачі майбутнього, а також конструювати надпровідні елементи для квантових комп’ютерів.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *