Новости

Jul 29, 2023

Физика

Полупроводниковые диоды проводят ток в одном направлении, но не в другом, что дает им множество применений в электронике. Их одностороннее свойство становится возможным благодаря различию в проведении

Полупроводниковые диоды проводят ток в одном направлении, но не в другом, что дает им множество применений в электронике. Их одностороннее свойство становится возможным благодаря различию в проводящем поведении двух типов носителей заряда — электронов и дырок. Сверхпроводящие диоды также могут быть полезны в датчиках и других устройствах. Но поскольку сверхтоки имеют только один тип носителя — электроны в так называемых куперовских парах, — реализовать сверхпроводящий диод сложнее. В 2020 году исследователи продемонстрировали диодный эффект в сверхпроводящем устройстве, изготовленном из слоистого материала, требующего точной укладки, сильной спин-орбитальной связи и уникальной формы куперовского спаривания [1]. Теперь Джагадиш Мудера из Массачусетского технологического института и его коллеги создали сверхпроводящий диод, который более эффективен, проще по конструкции и не зависит от эзотерических электронных эффектов [2].

Дизайн диода, разработанный командой, состоит из тонкой полоски ниобия или ванадия. В отличие от большинства одноэлементных сверхпроводников, ниобий и ванадий являются сверхпроводниками II типа, а это означает, что приложенное магнитное поле нужной силы вызывает образование вихрей сверхтока, которые все вращаются в одном и том же направлении. Мудера и его коллеги применили такое поле перпендикулярно поверхности своего устройства, создавая вихри внутри полосы, а также сверхтоки (так называемые токи Мейснера) по краям полосы. При взгляде сверху один краевой ток тек вправо (в направлении «вперед»), другой — влево (в направлении «обратно»). Затем исследователи направили внешний ток через концы полоски — как в прямом, так и в обратном направлении — и измерили чистый ток для каждого случая.

В принципе, встречные краевые токи равны, поэтому их вклад в общий ток должен компенсироваться. Но на практике изготовление полосы неизбежно приводит к структурным различиям между двумя краями. Эта случайная асимметрия, как обнаружила команда Массачусетского технологического института, была достаточно велика, чтобы привести к эффективности диода 20%, определяемой как разница между прямым и обратным чистыми токами, деленная на сумму. Исследователи обнаружили, что они могут повысить эффективность диода до 50%, намеренно добавив выемки на один из краев. Но они получили эффективность 65%, самое большое значение, наблюдаемое до сих пор, заменив приложенное магнитное поле собственным полем верхнего слоя ферромагнитного изолятора, сульфида европия.

По сути, Мудера и его коллеги продемонстрировали, что в обычных сверхпроводниках присутствует эффект гигантского диода, возникающий в результате нарушения простой геометрической симметрии. По словам Мудеры, такие сверхпроводящие диоды могут найти немедленное применение в сверхпроводящей электронике и в будущем в сверхпроводящих или топологических кубитных схемах.

Филип Молл изучает квантовые материалы в Институте структуры и динамики материи Макса Планка в Германии. Он отмечает, что наблюдение большого диодного эффекта в одноэлементных сверхпроводниках важно, поскольку их простота сделает приложения более простыми и масштабируемыми. «Прелесть работы Мудеры и его коллег в том, что они добились рекордной эффективности, даже не пытаясь», — говорит он. «Их структуры еще далеки от оптимизации».

–Чарльз Дэй

Чарльз Дэй — старший редактор журнала Physics Magazine.

Ясен Хоу, Фабрицио Никеле, Ханг Чи, Алессандро Лодесани, Иньин Ву, Маркус Ф. Риттер, Дэниел З. Хакселл, Маргарита Давыдова, Стефан Илич, Урания Глезаку-Эльберт, Амит Варамбалли, Ф. Себастьян Бергерет, Акашдип Камра, Лян Фу, Патрик А. Ли и Джагадиш С. Модера

Физ. Преподобный Летт. 131, 027001 (2023)

Опубликовано 13 июля 2023 г.

Исследователи наблюдают за металлом с самозаживляющимися нанотрещинами, которые образуются, когда материал подвергается воздействию силы, а затем отступают. Читать далее "

Измерения самого мощного излучения Солнца, которое когда-либо наблюдалось, подчеркивают необходимость в более совершенных солнечных моделях. Читать далее "