Universitas Harvard memperkenalkan pendekatan inovatif terhadap superkonduktor suhu tinggi

Metode pembuatannya dapat memudahkan pendeteksian material.

• Tim Harvard yang dipimpin oleh Philip Kim menciptakan superkonduktor suhu tinggi menggunakan tembaga.
• Mengembangkan dioda superkonduktor canggih pertama di dunia Statistik kuantitatif.
• Tunjukkan arus super terarah dan kontrol keadaan kuantum di BSCCO.

Superkonduktor telah menarik minat fisikawan selama beberapa dekade. Namun material ini, yang memungkinkan aliran elektron mengalir dengan sempurna dan tanpa kehilangan, biasanya menunjukkan kekhasan mekanika kuantum hanya pada suhu yang sangat rendah – beberapa derajat lebih tinggi. Nol mutlak – Untuk membuatnya tidak praktis.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh profesor fisika dan fisika terapan dari Harvard Philip Kim telah mendemonstrasikan strategi baru untuk membuat dan memanipulasi kelas superkonduktor suhu tinggi yang dipelajari secara luas, yang disebut cuprates, membuka jalan bagi rekayasa bentuk superkonduktivitas baru dan tidak biasa di tempat yang belum pernah terjadi sebelumnya. sebelumnya Tidak mungkin mencapainya sebelumnya. Bahan.

Menggunakan metode unik untuk membuat perangkat bersuhu rendah, Kim dan timnya menulis laporan mereka di jurnal Sains Kandidat yang menjanjikan untuk dioda superkonduktor suhu tinggi pertama di dunia – yang pada dasarnya merupakan saklar yang membuat arus mengalir dalam satu arah – terbuat dari kristal tembaga tipis. Secara teori, perangkat semacam itu dapat mendorong industri baru seperti komputasi kuantum, yang bergantung pada fenomena mekanis sementara yang sulit dipertahankan.

Representasi grafis dari superkonduktor tembaga yang dipilin dan ditumpuk, disertai data latar belakang. Fotografi: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Chow

“Dioda superkonduktor suhu tinggi sebenarnya dimungkinkan, tanpa penerapan medan magnet, dan membuka pintu penelitian baru dalam mempelajari material eksotik,” kata Kim.

Cuprates adalah oksida tembaga yang menjungkirbalikkan dunia fisika beberapa dekade yang lalu dengan menunjukkan bahwa mereka menjadi superkonduktor pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada yang diperkirakan para ahli teori, dan “lebih tinggi” adalah istilah relatif (rekor superkonduktor tembaga saat ini adalah -225) . F). Namun memanipulasi material ini tanpa merusak fase superkonduktornya sangatlah rumit karena sifat elektronik dan strukturalnya yang kompleks.

Eksperimen tim SY dipimpin oleh Frank Zhao, mantan mahasiswa di Sekolah Pascasarjana Seni dan Sains Griffin dan sekarang menjadi peneliti pascadoktoral di Griffin. Institut Teknologi Massachusetts. Dengan menggunakan metode pemrosesan kristal kriogenik tanpa udara dalam argon dengan kemurnian tinggi, Zhao merancang antarmuka bersih antara dua lapisan tembaga, kalsium, bismut, dan strontium oksida yang sangat tipis, yang dijuluki BSCCO (“bisco”). BSCCO dianggap sebagai superkonduktor “suhu tinggi” karena ia memulai superkonduktor pada suhu sekitar 288 derajat Fahrenheit – sangat dingin menurut standar praktis, tetapi sangat tinggi di antara superkonduktor, yang biasanya harus didinginkan hingga sekitar -400 derajat Fahrenheit.

Zhao pertama-tama membagi BSCCO menjadi dua lapisan, masing-masing lapisan seperseribu lebar rambut manusia. Kemudian, pada suhu -130 derajat, dia menumpuk kedua lapisan tersebut pada sudut 45 derajat, seperti sandwich es krim dengan chip yang tidak sejajar, sambil mempertahankan superkonduktivitas pada antarmuka yang rapuh.

Tim menemukan bahwa arus super maksimum yang dapat mengalir tanpa hambatan melintasi antarmuka bervariasi sesuai arah arus. Yang terpenting, tim juga mendemonstrasikan kontrol elektronik terhadap keadaan kuantum antarmuka dengan membalikkan polaritas ini. Kontrol inilah yang memungkinkan mereka membuat dioda superkonduktor bersuhu tinggi yang dapat dialihkan, sebuah demonstrasi fisika dasar yang suatu hari nanti dapat dimasukkan ke dalam teknologi komputasi, seperti bit kuantum.

“Ini adalah titik awal dalam mempelajari fase topologi, yang ditandai dengan keadaan kuantum yang terlindung dari cacat,” kata Zhao.

Referensi: “Superkonduktivitas Pemutusan Simetri Pembalikan Waktu Antara Superkonduktor Tembaga Bengkok” oleh SY Frank Zhao, Xiaomeng Cui, Pavel A. Volkov, Hyobin Yoo, Sangmin Lee, Jules A. Gardener, Austin J. Akey, Rebecca Engelke, Yuval Ronen, Ruidan Chung , Jinda Guo, Stefan Plug, Taron Tomorrow, Myung Kim, Marcel Franz, Jedediah H. Pixley, Nicola Buccia dan Philip Kim, 7 Desember 2023, Sains.
doi: 10.1126/science.abl8371

Tim Harvard bekerja dengan rekannya Marcel Franz dari Universitas British Columbia dan Jed Pixley dari Universitas Rutgers, yang timnya sebelumnya telah melakukan perhitungan teoretis yang ketat. Dan dia berharap Perilaku superkonduktor tembaga di A Jangkauan luas Dari sudut torsi. Mendamaikan pengamatan eksperimental juga memerlukan perkembangan teoritis baru, yang dilakukan oleh Pavel A. Volkov dari Universitas Connecticut.

Penelitian ini sebagian didukung oleh National Science Foundation, Departemen Pertahanan, dan Departemen Energi.