Forskere finder måde at danne dioder fra superledere

En gruppe forskere fra Pisa, Jyväskylä, San Sebastian og MIT har demonstreret, hvordan en heterostruktur bestående af superledere og magneter kan bruges til at skabe ensrettet strøm som den, der findes i halvlederdioder.

Disse nye superlederdioder fungerer imidlertid ved meget lavere temperaturer end deres halvledermodstykker og er derfor nyttige i kvanteteknologier.

Elektronik til kvanteteknologi

De fleste af vores daglige elektroniske apparater, såsom radioer, logiske komponenter eller solpaneler, er afhængige af dioder, hvor strømmen primært kan flyde i én retning. Sådanne dioder er afhængige af de elektroniske egenskaber af halvledersystemer, som holder op med at arbejde ved de ultralave sub-Kelvin-temperaturer, der kræves i morgendagens kvanteteknologi. Superledere er metaller, hvis elektriske resistivitet normalt er nul, men når de kommer i kontakt med andre metaller, kan de udvise høj kontaktmodstand.

Dette kan forstås ud fra energigabet, som indikerer et forbudt område for elektroniske excitationer, der dannes i superledere. Det ligner energigabet i halvledere, men er typisk meget mindre. Mens tilstedeværelsen af ​​et sådant mellemrum har været kendt i årtier, er den diode-lignende egenskab ikke tidligere blevet observeret, fordi den kræver at bryde den normalt robuste symmetri af kontaktens strøm-spændingskarakteristika.

Det nye arbejde demonstrerer, hvordan denne symmetri kan brydes ved hjælp af en ferromagnetisk isolator, der er passende placeret i krydset. Da en stor del af nutidens forskning i kvanteteknologier er baseret på superledende materialer, der opererer ved ultralave temperaturer, er denne innovation let tilgængelig for dem.

Samarbejdets styrke

Forskningsresultatet er lavet som en del af SUPERTED-projektet, som er finansieret under EU's Future and Emerging Technologies (FET Open). Dette projekt har til formål at skabe verdens første superledende termoelektriske detektor for elektromagnetisk stråling, baseret på superleder/magnet heterostrukturer.

"Faktisk var det en behagelig overraskelse at finde diodefunktionaliteten, en konsekvens af den grundige karakterisering af SUPERTED prøver," forklarer Elia Strambini, fra Istituto Nanoscienze—CNR og Scuola Normale Superiore (SNS) i Pisa, som gjorde den første opdagelse.

Francesco Giazotto, fra Istituto Nanoscienze – CNR og SNS, der ledede den eksperimentelle indsats, siger, at han mener, at "dette fund er lovende for adskillige opgaver inden for kvanteteknologi, såsom strømkorrigering eller strømbegrænsning."

Professor Tero Heikkilä, fra Jyväskylä Universitet, arbejdede på teorien bag effekten. Han siger, at "dette fund viste styrken af ​​samarbejde mellem forskellige typer forskere, fra materialevidenskab til superledende elektronik og teori. Uden europæisk støtte ville et sådant samarbejde ikke finde sted."

Forskningen blev offentliggjort i Nature Communications . + Udforsk yderligere

En termisk superledende kvanteinterferens nærhedstransistor