Nano-switches for superledning

Forskere ved TU Delft, sammen med kolleger fra Tübingen Universitet, har med succes oprettet nano-elektroniske kredsløb ved hjælp af en nyligt opdaget todimensionel superleder.

Det, der gør dette materiale unikt, er, at dets superledning kan tændes og slukkes eksternt, meget gerne at skifte elektrisk strøm i en transistor på en mikrochip. Ved hjælp af denne effekt på nanoskala, forskerne skabte superledende kredsløb på en helt ny måde, hvilket er umuligt at opnå i andre almindeligt kendte superledere. Deres arbejde er blevet offentliggjort i Naturnanoteknologi .

Oprettelse af en superleder fra isolatorer

For at lave enhederne, forskere opretter først en ring sammensat af to isolatorer, lanthanaluminat (LAO) og strontiumtitanat (STO). Dette gøres gennem en kombination af nanofabrikation og præcis atom ved atomaflejring af lag af LAO på STO. Endelig, metalliske porte sættes på to små sektioner af denne ring. Når disse strukturer afkøles til lave temperaturer, vises et ringformet ark med superleder ved grænsen mellem isolatorerne. Årsagen til denne uventede fremkomst af superledning er stadig et mysterium. Siden opdagelsen i 2007, grupper over hele verden har udviklet teknikker til bedre at forstå, hvorfor denne superleder fremstår, og hvad dens egenskaber er. De enheder, der er oprettet på TU Delft, giver en ny rute til adgang til afgørende mikroskopiske oplysninger om denne superleder, som hidtil har været uden for rækkevidde.

Døråbninger til superledning

Metalportene, som navnet antyder, er som nanoskala døråbninger til superledning. Når der ikke spændes for portene, er denne dør åben, og den superledende ring er uforstyrret. På den anden side, når der anvendes store spændinger, superledningen lige under portene slukkes (døren lukkes helt), og to halvdele af ringen bliver afbrudt fra hinanden. "Men der sker noget helt særligt, når disse døre kun er delvist lukkede", siger Srijit Goswami fra Kavli Institute of Nanoscience, Delft. "I denne konfiguration, enhedens modstand begynder at svinge mellem nul og en vis høj værdi, når der anvendes små magnetfelter. Så, det ser ud som om hele strukturen går frem og tilbage mellem en superledende tilstand (nulmodstand) og et normalt metal (høj modstand). "Denne effekt opstår på grund af kvanteeffekter i superlederen, som i princippet ligner meget det, der sker, når to bølger overlager at producere et interferensmønster. Derfor kaldes sådanne enheder Superconducting QUantum Intereference Devices (SQUID'er).

SQUID'er bruges rutinemæssigt i mange applikationer, såsom medicinske MR -maskiner, som kræver påvisning af små magnetiske signaler. Der er også bestræbelser på at bruge dem i fremtidige kvanteoplysningskredsløb. Selv de mest avancerede teknologier til oprettelse af SQUID'er i dag tillader ikke en at indstille de superledende egenskaber via elektriske porte. Gruppeleder Andrea Caviglia kommenterer denne nye opdagelse:"Ved hjælp af strategien udviklet på TU Delft, det kan blive muligt at oprette mere komplekse superledende kredsløb, hvor enhedens funktionalitet er fuldt styret via portspændinger ". Om sådanne enheder i sidste ende vil blive teknologisk relevante er stadig et åbent spørgsmål. Imidlertid er de vil helt sikkert spille en vigtig rolle i besvarelsen af ​​grundlæggende spørgsmål om superledning i nanoskalaen.