一個物理學家團隊發現了一種新型超導材料，這種材料對外部刺激具有獨特的可調性，有望推動高能效計算和量子技術的發展。這項突破是透過先進的研究技術實現的，它實現了對超導特性前所未有的控制，有可能為大規模工業應用帶來革命性的變化。這種材料有望應用於下一代工業電子產品的超導電路。

隨著工業運算需求的成長，滿足這些需求所需的硬體的尺寸和能耗也隨之成長。超導材料是解決這個難題的可能方案，它可以倍增能耗。試想一下，將裝滿不斷運作的伺服器的巨型資料中心冷卻到近乎絕對零度，就能以驚人的能源效率進行大規模運算。

超導研究取得突破

華盛頓大學（University of Washington）和美國能源部阿貢國家實驗室（DOE’sArgonne National Laboratory）的物理學家們取得了一項發現，它有助於實現這一更有效率的未來。研究人員發現了一種對外界刺激特別敏感的超導材料，它可以隨意增強或抑制超導特性。這為高能效可切換超導電路帶來了新的機會。論文發表在《科學進展》（Science Advances）。

超導是一種量子力學物質相，在這種物質中，電流可以零電阻流過材料。這帶來了完美的電子傳輸效率。超導體被用於磁振造影、粒子加速器、核融合反應器甚至懸浮列車等先進技術中最強大的電磁鐵中。超導體還可用於量子計算。

挑戰與創新

現今的電子產品使用半導體電晶體來快速開關電流，從而產生資訊處理中使用的二進位1 和0。由於這些電流必須流經具有有限電阻的材料，因此部分能量會以熱量的形式被浪費掉。這就是為什麼電腦會隨著時間的推移而發熱。超導所需的溫度很低，通常低於冰點200華氏度以上，因此這些材料不適合用於手持設備。不過，可以想像它們在工業規模上的用途。

由華盛頓大學的舒亞-桑切斯（Shua Sanchez）領導的研究小組研究了一種不尋常的超導材料，它具有非凡的可調性。這種晶體由夾在鐵、鈷和砷原子超導層之間的鐵磁性銪原子平板構成。桑切斯說，在自然界中同時發現鐵磁性和超導性是極為罕見的，因為通常一種相位會壓倒另一種相位。

桑切斯說：”對超導層來說，這實際上是一種非常不舒服的情況，因為它們會被周圍銪原子的磁場穿透，這會削弱超導性，導致有限的電阻」。

先進的研究技術與成果

為了了解這些階段之間的相互作用，桑切斯在美國領先的X 射線光源–位於阿貢的能源部科學辦公室用戶設施先進光子源（APS）–實習了一年。在那裡，他得到了能源部科學研究生研究計畫的支持。桑切斯與APS 4-ID 和6-ID 光束線的物理學家合作，開發了一個能夠探測複雜材料微觀細節的綜合表徵平台。

桑切斯和他的合作者綜合利用X 射線技術，證明對晶體施加磁場可以調整銪磁場線的方向，使其與超導層平行。這消除了它們之間的拮抗作用，並導致零電阻狀態出現。利用電學測量和X 射線散射技術，科學家能夠證實他們能夠控製材料的行為。

“控制超導性的獨立參數的性質相當引人入勝，因為人們可以繪製出控制這種效應的完整方法，”論文的共同作者、阿貢大學的菲利普-瑞安說。”這種潛力提出了幾個令人著迷的想法，包括為量子設備調節場靈敏度的能力”。

研究小組隨後對晶體施加應力，結果非常有趣。他們發現，即使不重新調整磁場方向，超導電性也能被提升到足以克服磁性的程度，或被削弱到磁場重新定向不再能產生零電阻狀態的程度。這一附加參數允許控制和定製材料對磁性的敏感性。

桑切斯說：”這種材料令人興奮，因為你可以在多個相之間進行密切競爭，通過施加一個小應力或磁場，你就可以使一個相比另一個相更強，從而開啟或關閉超導電性。絕大多數超導體都沒有這麼容易切換。”

編譯來源：ScitechDaily