물리학자 팀이 외부 자극에 반응하여 고유하게 조정 가능하고 에너지 효율적인 컴퓨팅 및 양자 기술 개발을 발전시킬 수 있는 새로운 유형의 초전도 물질을 발견했습니다. 첨단 연구 기술을 통해 달성된 이러한 획기적인 발전은 전례 없는 초전도 특성 제어를 가능하게 하며 대규모 산업 응용 분야에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다. 이 소재는 차세대 산업전자용 초전도 회로에 활용될 것으로 기대된다.

산업용 컴퓨팅 요구 사항이 증가함에 따라 이러한 요구 사항을 충족하는 데 필요한 하드웨어의 크기와 전력 소비도 증가합니다. 초전도 물질은 에너지 소비를 기하급수적으로 줄일 수 있는 이 문제에 대한 가능한 해결책입니다. 지속적으로 실행되는 서버로 가득 찬 거대한 데이터 센터를 절대 영도에 가깝게 냉각하여 놀라운 에너지 효율성으로 대규모 컴퓨팅을 구현하는 것을 상상해 보십시오.

초전도 연구의 획기적인 발전

워싱턴 대학과 DOE의 아르곤 국립 연구소의 물리학자들은 보다 효율적인 미래를 실현하는 데 도움이 될 수 있는 발견을 했습니다. 연구자들이 외부 자극에 특히 민감하고 초전도 특성을 마음대로 강화하거나 억제할 수 있는 초전도 물질을 발견했습니다. 이는 에너지 효율적인 전환 가능한 초전도 회로에 대한 새로운 기회를 제공합니다. 이 논문은 Science Advances에 게재되었습니다.

초전도성은 저항이 0인 물질을 통해 전류가 흐를 수 있는 물질의 양자 역학적 위상입니다. 이는 완벽한 전자 전달 효율을 가져옵니다. 초전도체는 자기공명영상(MRI), 입자 가속기, 핵융합로, 공중부양 열차 등 첨단 기술에서 가장 강력한 전자석에 사용됩니다. 초전도체는 양자 컴퓨팅에도 사용될 수 있습니다.

도전과 혁신

오늘날의 전자 제품은 반도체 트랜지스터를 사용하여 전류를 신속하게 켜고 끄고 정보 처리에 사용되는 이진수 1과 0을 생성합니다. 이러한 전류는 유한한 저항을 갖는 물질을 통해 흘러야 하기 때문에 에너지의 일부는 열의 형태로 낭비됩니다. 이것이 컴퓨터가 시간이 지남에 따라 뜨거워지는 이유입니다. 초전도에 필요한 온도는 매우 낮으며 종종 영하 200도 이상이므로 이러한 물질은 휴대용 장치에 사용하기에 적합하지 않습니다. 그러나 산업 규모에서의 사용을 상상할 수 있습니다.

워싱턴 대학의 슈아 산체스(Shua Sanchez)가 이끄는 연구팀은 놀라운 조정성을 지닌 특이한 초전도 물질을 연구했습니다. 결정은 철, 코발트 및 비소 원자의 초전도층 사이에 끼워진 강자성 유로듐 원자의 평평한 판으로 구성됩니다. Sanchez는 한 단계가 다른 단계를 압도하기 때문에 자연에서 강자성과 초전도성을 모두 발견하는 것은 극히 드물다고 말했습니다.

"초전도층이 주변 유로듐 원자의 자기장에 침투하여 초전도성을 약화시키고 유한한 저항을 초래하기 때문에 이는 실제로 초전도층에 매우 불편한 상황입니다."라고 Sanchez는 말했습니다.

첨단 연구기술 및 성과

이러한 단계 사이의 상호 작용을 이해하기 위해 Sanchez는 Argonne에 있는 DOE Office of Science 사용자 시설인 미국 최고의 X선 광원인 APS(Advanced Photon Source)에서 인턴으로 1년을 보냈습니다. 그곳에서 그는 에너지부의 과학 대학원 연구 프로그램의 지원을 받았습니다. Sanchez는 APS4-ID 및 6-ID 빔라인의 물리학자들과 협력하여 복잡한 재료의 미세한 세부 사항을 조사할 수 있는 포괄적인 특성화 플랫폼을 개발했습니다.

X-선 기술의 조합을 사용하여 Sanchez와 그의 동료들은 결정에 자기장을 가하면 유로뮴 자기장 선의 방향을 조정하여 초전도층과 평행하게 될 수 있음을 보여주었습니다. 이는 그들 사이의 적대감을 제거하고 저항이 없는 상태를 초래합니다. 전기적 측정과 X선 산란 기술을 사용하여 과학자들은 물질의 거동을 제어할 수 있음을 입증할 수 있었습니다.

논문 공동 저자인 Argonne 대학의 Philip Ryan은 “초전도성을 제어하는 ​​독립적인 매개변수의 특성은 이 효과를 제어하는 ​​완전한 방법을 계획할 수 있기 때문에 매우 매력적입니다.”라고 말했습니다. "이러한 잠재력은 양자 장치의 장 감도를 조정하는 능력을 포함하여 몇 가지 흥미로운 아이디어를 불러일으킵니다."

그런 다음 팀은 결정에 응력을 가했고 결과는 매우 흥미로웠습니다. 그들은 자기장의 방향을 바꾸지 않고도 초전도성이 자성을 극복할 만큼 충분히 강화될 수 있거나 자기장의 방향을 바꾸면 더 이상 저항이 0인 상태를 생성할 수 없는 지점까지 약화될 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 추가 매개변수를 사용하면 재료의 자성에 대한 민감성을 제어하고 사용자 정의할 수 있습니다.

Sanchez는 "이 물질은 긴밀한 경쟁에서 여러 단계를 가질 수 있고 작은 응력이나 자기장을 적용하여 한 단계를 다른 단계보다 더 강하게 만들어 초전도성을 켜거나 끌 수 있기 때문에 매우 흥미롭습니다."라고 Sanchez는 말했습니다. "대부분의 초전도체는 그렇게 쉽게 전환되지 않습니다."

컴파일된 소스: ScitechDaily