ハーバード大学が高温超伝導体への革新的なアプローチを発表

この製造方法によれば、材質の検出が容易になる。

• フィリップ・キム率いるハーバード大学のチームは、銅を使用して高温超伝導体を作成します。
• 世界初の最先端超電導ダイオードを開発 定量的統計。
• BSCCO で指向性超電流と量子状態の制御を実証します。

超伝導体は何十年にもわたって物理学者の興味をそそってきました。 しかし、これらの材料は、電子の流れを完全かつ損失なく流すことができるため、通常、数度高い非常に低い温度でのみ量子力学のこの特殊性を示します。 絶対零度 – それを非現実的にするため。

ハーバード大学の物理学および応用物理学のフィリップ・キム教授が率いる研究チームは、銅酸化物と呼ばれる広く研究されている種類の高温超伝導体を作製および操作するための新しい戦略を実証し、これまでにない場所で新しく珍しい形態の超伝導体を工学的に作製する道を切り開いた以前は達成できませんでした。 材料。

低温デバイスを製造する独自の方法を使用して、キムと彼のチームはジャーナルに報告書を執筆しました 科学 世界初の高温超伝導ダイオード（本質的には電流を一方向に流すスイッチ）の有望な候補は、薄い銅の結晶でできている。 理論的には、このようなデバイスは、維持が困難な過渡的な機械現象に依存する量子コンピューティングなどの新興産業を促進する可能性があります。

ツイストされ積層された銅超電導体のグラフィック表現と背景データ。 写真：ルーシー・イップ、斉藤芳、アレックス・キュイ、フランク・チョウ

「高温超伝導ダイオードは実際に磁場を印加することなく実現可能であり、珍しい材料の研究において新たな研究の扉を開くものです」とキム氏は述べた。

銅酸化物は、理論家が考えていたよりもはるかに高い温度で超電導になることを示し、数十年前に物理学の世界をひっくり返した銅の酸化物であり、「より高い」とは相対的な用語です（銅超電導体の現在の記録は-225℃です）。 。 F）。 しかし、これらの材料の電子的および構造的特性が複雑であるため、超伝導相を破壊することなくこれらの材料を操作することは非常に複雑です。

SYチームの実験は、グリフィン芸術科学大学院の元学生で現在はグリフィン大学博士研究員であるフランク・チャオ氏が主導した。 マサチューセッツ工科大学。 Zhao 氏は、高純度アルゴン中でのエアレス極低温結晶処理法を使用して、BSCCO (「ビスコ」) と呼ばれる、銅、カルシウム、ビスマス、酸化ストロンチウムの 2 つの非常に薄い層の間にきれいな界面を設計しました。 BSCCO は華氏約 288 度で超伝導を開始するため、「高温」超伝導体とみなされます。これは実用的な基準からすると非常に低温ですが、通常は華氏約 -400 度まで冷却する必要がある超伝導体の中では驚くほど高温です。

Zhao氏はまずBSCCOを人間の髪の毛の1000分の1の幅の2つの層に分割した。 次に、-130 度で、脆い界面の超電導性を維持しながら、チップの位置がずれたアイスクリームサンドイッチのように、2 つの層を 45 度の角度で積み重ねました。

研究チームは、界面を抵抗なく通過できる最大超電流が電流の方向によって異なることを発見しました。 重要なことに、研究チームは、この極性を逆転させることによる界面量子状態の電子制御も実証した。 この制御により、高温で切り替え可能な超伝導ダイオードを実際に製造することができました。これは、量子ビットなどのコンピューティング技術にいつか組み込まれる可能性のある基礎物理学の実証です。

「これは、欠陥から保護された量子状態を特徴とするトポロジカル相を研究する出発点です」とZhao氏は述べた。

参考文献: 「ねじれ銅超伝導体間の超伝導を打ち破る時間反転対称性」SY Frank Zhao、Xiaomeng Cui、Pavel A. Volkov、Hyobin Yoo、Sangmin Lee、Jules A. Gardener、Austin J. Akey、Rebecca Engelke、Yuval Ronen、Ruidan Chung 著、ジンダ・グオ、ステファン・プラグ、タロン・トゥモロー、ミョン・キム、マルセル・フランツ、ジェデダイア・H・ピクスリー、ニコラ・ブッチャ、フィリップ・キム、2023年12月7日、 科学。
土井: 10.1126/science.abl8371

ハーバード大学のチームは、同僚のブリティッシュコロンビア大学のマーセル・フランツ氏とラトガース大学のジェド・ピクスリー氏と協力し、彼らのチームは以前に厳密な理論的計算を行っていた。 そして彼は期待していました Aにおける銅超電導体の挙動 広範囲 ねじれ角から。 実験的観察を調整するには、Pavel A. によって着手された新しい理論的開発も必要です。 コネチカット大学のヴォルコフ氏。

この研究は、米国科学財団、国防総省、エネルギー省の一部によって支援されました。