超导材料重大突破

本文来自微信公众号：财联社 （ID：cailianpress），作者：黄君芝，题图来自：视觉中国

近期，华盛顿大学（University of Washington）和美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的物理学家们在超导体领域有了最新突破，可能有助于实现更高效的未来。

据悉，研究人员们发现了一种对外界刺激具有独特敏感性的超导材料，可以随意增强或抑制超导性能。这为节能的可切换超导电路提供了新的机会。最新研究结果已于近期发表在了《科学进展》杂志上。

随着工业计算需求的增长，满足这些需求所需硬件的尺寸和能耗也随之增长。超导材料是解决这一难题的潜在方案，它可以成倍地降低能耗。

超导是物质的一种量子力学阶段，其中电流可以以零电阻流过材料。这导致了完美的电子传输效率。超导体被用于最强大的电磁铁中，用于先进技术，如磁共振成像、粒子加速器、聚变反应堆，甚至悬浮列车。超导体也被用于量子计算。

今天的电子产品使用半导体晶体管来快速开关电流，产生信息处理中使用的二进制1和0。由于这些电流必须流过电阻有限的材料，一些能量就会以热能的形式浪费掉。这就是为什么你的电脑会随着你的使用而发烫。

材料超导性所需的低温，通常在冰点以下90摄氏度以上，使得这些材料不适用于手持设备。然而，可以想象，它们在工业级还是有用的。

于是，该团队研究了一种具有特殊可调性的不同寻常的超导材料。这种晶体是由铁磁性的铕原子薄片夹在铁、钴和砷原子的超导层之间构成的。根据科学家们的说法，在自然界中发现铁磁性和超导性同时存在是极其罕见的，因为一个相通常会压倒另一个相。

他们说，“对于超导层来说，这实际上是一个非常不舒服的情况，因为它们被周围铕原子的磁场刺穿。这会削弱超导性，导致电阻有限。”

为了了解这些阶段的相互作用，研究人员在美国领先的X射线光源——位于阿贡的能源部科学办公室用户设施先进光子源（APS）研究了一年。在那里，他们得到了能源部科学研究者研究计划的支持，并开发了一个能够探测复杂材料微观细节的综合表征平台。

通过X射线技术的结合，研究人员能够证明，在晶体上施加磁场可以使铕磁力线重新定向，使其与超导层平行。这消除了它们的拮抗作用，导致零阻力状态出现。利用电子测量和X射线散射技术，科学家们能够确认他们可以控制材料的行为。

“控制超导性的独立参数的本质是相当迷人的，因为人们可以绘制出控制这种效应的完整方法，”他们说，“这种潜力提出了几个迷人的想法，包括为量子设备调节场灵敏度的能力。”

然后，研究小组对晶体施加压力，得到了有趣的结果。他们发现，即使不重新调整磁场方向，超导电性也能被提升到足以克服磁性的程度，或者被削弱到磁场重新定向不再能产生零电阻状态的程度。这一附加参数允许控制和定制材料对磁性的敏感性。

“这种材料是令人兴奋的，因为你在多个阶段之间有一个紧密的竞争，通过施加一个小的应力或磁场，你可以使一个阶段超过另一个阶段，从而打开和关闭超导性。绝大多数超导体都不那么容易切换。”他们说。

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