藉由將一種古典材料替換成具有獨特量子性質的材料，科學家們已製造出一超導電路，能夠達成長久以來被視為不可能的壯舉。這項由德國、荷蘭、以及美國的研究人員所帶來的發現，翻轉了一世紀以來，對於超導電路天性的看法，以及如何能夠調整它們的電流於實際應用上。

依據超導體物理而產生的低浪費、高速電路提供了很棒的機會，將超導科技帶到一個全新的等級。不幸的是，當使用普遍的電子元件，來設計超導體版本的電力時，讓這種豪不費力型式的電流如此方便的特性，也會造成無止盡的挑戰。

比如說，拿很簡單的二極體為例子。這種很基本的電子元件就像給電流的單向標誌，提供一種方法來調節、轉換、並調整電子的運動。

在超導材料中，那些電子們各自的身分模糊了，形成了稱作庫柏對（Cooper pair）的組合，讓合作關係中的每顆粒子都能夠避開更典型電流的耗能碰撞。但是在沒有通常的電阻法則作用下，科學家無法讓超導電子在單一方向上運動，因為它們總是會展現出所謂的「互易」（reciprocal）行為。

這個基本的假設，也就是超導不能違反互易性（reciprocity）（至少在沒有操控磁場下是不行的），從開始研究超導領域起，就一直持續下去著。坦白地說，這是一項工程師們無法跨過的阻礙。

研究人員在一記者會上解釋他們的新研究：「在 70 年代，在 IBM 的科學家嘗試著超導電腦的想法，但必須停止嘗試。在他們關於這個主題的研究中，IBM 提到，在沒有非互易超導性下，在超導體上運行電腦是不可能的。」

隨著一項實驗的出現，這些先前的努力現在可能可以再度重試。這項實驗顯示出，一種具有量子成分的接面（junction）甚至能夠導引庫伯對沿同一方向運動。

約瑟夫森接面（Josephson junction）是將一對超導體材料分開的細條非超導材料。如果這個材料夠細的話，電子就能夠直接穿過它們而無任何阻礙。

在特定的細度之下，這個「超電流」是沒有電壓的。在臨界點下，電壓出現，快速地以波的方式震盪，可以被應用於例如量子電腦之中。

過去，透過外部的磁場，是可能確保此電流只會在一個方向上流動的。但是研究團隊發現，若是他們使用金屬鈮（niobium）的二維結構，他們就可以擺脫磁場，並僅依靠該材料的量子性質。

主要研究者，荷蘭台夫特理工大學（Delft University of Technology）的物理學家馬扎爾·阿里副教授（Mazhar Ali）說：「我們能夠剝掉此 Nb3Br8 的一些原子層，然後製造出非常非常薄的三明治結構，大約只有幾層原子層的厚度。這是產生約瑟夫森二極體所需的，而若使用正常的三維材料，這是不可能做到的。」

研究人員很有信心，他們已經具備所有的條件，來為他們的發現提供一個堅實的例子。但是，在我們可以在下一代電腦的核心中看到半導體前，仍然有很長的一條路要走。

其中一個，就是超導現象通常只出現在溫度冷卻到稍微高於絕對零度的材料中。有些超導材料雖然可以忍受溫暖的溫度，但是這只有在它們被置於超高壓下才會發生。

知道由這些新量子屏障所產生的約瑟夫森接面，是如何在高溫及高壓下運作，這最終可能會顛覆以往，減少非常有效率的超級電腦中所需要的儀器數量，而這在我們這個世界上還未看到。

阿里副教授說：「這會影響所有類型的社會與科技應用。如果 20 世紀是半導體的世紀的話，21 世紀可能會成為超導體的世紀。」

科技真的日新月異，感謝這些科學家

hamidh 發表於 2022-5-24 05:39
科技真的日新月異，感謝這些科學家

的確是，人類文科技進步就靠這些 科學家。