物理学家开发了一种长期以来被认为是不可能的超导体电路

通过将经典材料换成具有独特量子特性的材料，科学家们制造了一种超导电路，该电路能够实现长期以来被认为是不可能的壮举。

这一发现由来自德国、荷兰和美国的研究人员做出，颠覆了一个世纪以来关于超导电路本质以及如何驯服超导电路并将其投入实际应用的思想。

基于超导物理学的低浪费、高速电路为将超级计算技术提升到一个全新的水平提供了绝佳的机会。

不幸的是，使这种毫不费力的电流形式如此方便的特性也恰好在设计普通电气元件的超导版本时产生了无穷无尽的挑战。

以像二极管这样简单的东西为例。这个基本的电子单元就像电流的单向标志，提供了一种调节、转换和调整电子运动的方法。

在超导材料中，这些单个电子的身份变得模糊，导致称为库珀对的伙伴，使伙伴中的每个粒子能够避免更典型的电流的能量消耗碰撞。

但是如果没有通常的阻力定律起作用，科学家们就无法使超导电子沿单一方向行进，因为它们总是表现出所谓的“互惠”行为。

这个基本假设——超导性不能违反互易性（至少在没有磁场操纵的情况下不能）——自该领域的研究一开始就一直存在。

坦率地说，这是工程师可以做到的障碍。

“在 70 年代，IBM 的科学家们尝试了超导计算的想法，但不得不停止他们的努力：在他们关于该主题的论文中，IBM 提到，如果没有非互易的超导性，在超导体上运行的计算机是不可能的，”研究人员解释说在关于他们新研究的新闻声明中。

现在可能需要重新审视这些努力，因为一项实验显示了一种带有量子组件的连接点，它能够引导甚至库珀对沿着单向街道行驶。

约瑟夫森结是非超导材料的薄条，将一对超导体材料分开。如果材料足够薄，电子可以直接穿过它们而无需担心。

在一定水平以下，这种“超电流”没有电压。在临界点，会出现电压，在波中快速振荡，可用于量子计算机等应用。

以前通过外部磁场确保该电流只流向一种方式是可能的。但研究小组发现，如果他们使用基于金属铌的二维晶格，他们可以放弃该领域并仅依赖材料的量子特性。

“我们能够仅剥离 Nb 3 Br 8的几个原子层，并制作一个非常非常薄的三明治——只有几个原子层厚——这是制造约瑟夫森二极管所需的，而普通 3D 无法做到材料，” 荷兰代尔夫特理工大学的物理学家、首席研究员 Mazhar Ali说。

该团队相信他们已经勾选了为他们的发现提供可靠案例所需的所有方框。尽管如此，在我们看到超导体成为下一代计算的核心之前还有很长的路要走。

一方面，超导现象通常发生在冷却到略高于绝对零的材料中。

一些超导材料可以处理热量，但前提是置于疯狂的压力下。

了解基于这些新量子势垒的约瑟夫森结如何在更高的温度和压力下运行最终可能会改变游戏规则——减少世界上从未见过的极其高效的超级计算机所需的设备数量。

“这将影响各种社会和技术应用，”阿里说。

“如果说 20 世纪是半导体的世纪，那么 21 世纪就可以成为超导体的世纪。”