“不可能”超导体承诺100倍更快的电子设备

荷兰研究人员做了“不可能”。通过创建一种新型的超导体,他们可能会解锁一项可能使计算机更快数百次的技术 – 突破性的P

荷兰研究人员做了“不可能的”。

通过创建一种新型的超导体,他们有可能解锁一项可能使计算机更快数百次的技术 – 在第一电子革命的规模上,这是一个突破。

代尔夫特技术大学(TU DELFT)的研究员Mazhar Ali预测:“这将影响各种社会和技术应用。” “如果20世纪是半导体的世纪,那么21世纪可以成为超导体的世纪。”

电101

原子核之外的是带负电荷的颗粒,称为电子,可以从一个原子流向另一个原子 – 该运动是电的。

在某些材料中,电子与核紧密结合,并且不容易流动 – 这些材料是绝缘子。在其他情况下,例如铜和银,电子被松散地绑定,可以轻松地从一个原子移到另一个原子 – 这些都是导体。

半导体是落在导体和绝缘体之间的材料 – 硅是一种常用的半导体。

“如果20世纪是半导体的世纪,那么21世纪可以成为超导体的世纪。”

马扎尔·阿里

我们依靠导体和半导体来运输电力 – 例如,我们使用用铜制成的电线将其从发电厂发送到我们的房屋,以及硅芯片,以控制其在我们的电子设备内部的运动。

所有导体和半导体至少抗电子的流动至少有所抗衡。这意味着每次电子从一个原子移动到另一个原子时,以热的形式损失了一点能量。

那些损失的能源损失加起来:在美国发电厂发电的大约5%从未到达人们的房屋。与此同时,在我们的设备中,过热限制了处理器的工作速度并可能导致程序崩溃。

1911年,一位荷兰物理学家发现,在正确的情况下,当电子电子从一个原子转移到另一个原子时,某些材料不会损失任何能量。这些称为超导体,冷却至-271°C(-457°F)时,一个例子为铝。

如果我们可以用超导体替换导体或半导体,我们的电子设备可能会更快地变为数百次,而不会浪费过度的能量,我们将能够每年节省数十亿美元的电力传输损失。

当它们的电子从一个原子移到另一个原子时,超导体不会损失任何能量。

但是,一个主要的问题是,电流在两个方向上都通过超导体而没有阻力。

对于大多数应用程序,我们需要能够从一个方向上移动电流,从A点到B-在1970年代,IBM研究人员确定我们永远无法在计算机中使用超导体,除非有人弄清楚了一个 – 道路超导性。

可以使用磁场通过超导体引导电流,但是在纳米级上很难控制这些电场。这对超导体的应用大大有限,如今,它们主要保留用于MRI机器和Maglev火车。

发现

Tu Delft的研究人员现在已经做到了看似不可能的,可以通过不使用磁铁的方式使电能够在一个方向上流过超导体。他们称其为“约瑟夫森二极管”。

关键设计是使用材料的2D层 – 意味着它只有一个原子厚 – 具有内置的电磁场。然后将该材料(称为NB3BR8)夹在超导体的2D层之间(称为NBSE2)。

马扎尔·阿里

当将电流施加到该三明治上时,电子在一个方向上流动时不会遇到电阻,但是在相反的方向上,它们遇到了更大的电阻 – 大约与正常导体一样多。

研究人员尚不确定他们的二极管如何运作 – “人们有一个粗略的想法,但严格的理论尚不存在,”阿里告诉新科学家 – 但他们认为他们的发现可能具有巨大的影响。

阿里说:“以前只能使用半导体才能使用该构件的超导体可以制造技术。” “这包括更快的计算机,就像在Terahertz速度最大的计算机中一样,比我们现在使用的计算机快300至400倍。”

下一步

一个没有磁铁的单向超导体是一个重大突破,但是在发现其在实验室外有用之前,TU DELFT团队仍然有障碍。

一个是温度 – 约瑟夫森二极管目前必须在-271°C(-455.8°F)下运行,这对于大多数应用而言是不切实际的。

现在的计划是尝试使用已知在较高温度下工作的超导材料 – 如果二极管可以在-196°C(-321°F)或更高版本下工作,则可以通过液氮来处理冷却,该冷却已用于管理在数据中心加热。

另一个障碍是弄清楚如何扩大生产。“虽然我们证明了这在纳米版中的作品真是太好了,但我们只做了几个,”阿里说。 “下一步将是调查如何将生产扩展到数百万的约瑟夫森二极管。”

我们将不久时将芯片放在手机和笔记本电脑中的数百度以下。但是,如果Tu Delft团队可以克服这些剩余的挑战,Ali会看到已经安装了高级冷却系统(例如SuperComputer设施)的二极管。

它们也可以在服务器农场使用,并且越来越多的计算在云中发生,有一天每个人都可以通过互联网利用超导计算机的力量。

阿里说:“现有的基础设施可以改编而没有太多成本无法与基于约瑟夫森二极管的电子产品合作。” “如果讨论的挑战被克服,这将是一个非常真实的机会,这将彻底改变集中和超级计算!”

本文最初由我们的姊妹网站Freethink发表。这也是《未来探索》的一部分,是每周改变世界的技术指南。您可以在这里订阅此处的每个星期四早上将类似的故事连接到您的收件箱。

原创文章,作者:点数网,如若转载,请注明出处:http://www.dsonekey.com/2866.html

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注

联系我们

400-800-8888

在线咨询:点击这里给我发消息

邮件:admin@example.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息