近期，華盛頓大學(xué)（University of Washington）和美國能源部阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的物理學(xué)家們在超導(dǎo)體領(lǐng)域有了最新突破，可能有助于實現(xiàn)更高效的未來。

據(jù)悉，研究人員們發(fā)現(xiàn)了一種對外界刺激具有獨特敏感性的超導(dǎo)材料，可以隨意增強或抑制超導(dǎo)性能。

這為節(jié)能的可切換超導(dǎo)電路提供了新的機會，最新研究結(jié)果已于近期發(fā)表在了《科學(xué)進展》雜志上。

隨著工業(yè)計算需求的增長，滿足這些需求所需硬件的尺寸和能耗也隨之增長。超導(dǎo)材料是解決這一難題的潛在方案，它可以成倍地降低能耗。

超導(dǎo)是物質(zhì)的一種量子力學(xué)階段，其中電流可以以零電阻流過材料。這導(dǎo)致了完美的電子傳輸效率。超導(dǎo)體被用于最強大的電磁鐵中，用于先進技術(shù)，如磁共振成像、粒子加速器、聚變反應(yīng)堆，甚至懸浮列車。超導(dǎo)體也被用于量子計算。

今天的電子產(chǎn)品使用半導(dǎo)體晶體管來快速開關(guān)電流，產(chǎn)生信息處理中使用的二進制1和0。由于這些電流必須流過電阻有限的材料，一些能量就會以熱能的形式浪費掉。這就是為什么你的電腦會隨著你的使用而發(fā)燙。

材料超導(dǎo)性所需的低溫，通常在冰點以下90攝氏度以上，使得這些材料不適用于手持設(shè)備。然而，可以想象，它們在工業(yè)級還是有用的。

于是，該團隊研究了一種具有特殊可調(diào)性的不同尋常的超導(dǎo)材料。這種晶體是由鐵磁性的銪原子薄片夾在鐵、鈷和砷原子的超導(dǎo)層之間構(gòu)成的。

根據(jù)科學(xué)家們的說法，在自然界中發(fā)現(xiàn)鐵磁性和超導(dǎo)性同時存在是極其罕見的，因為一個相通常會壓倒另一個相。

他們說，“對于超導(dǎo)層來說，這實際上是一個非常不舒服的情況，因為它們被周圍銪原子的磁場刺穿。這會削弱超導(dǎo)性，導(dǎo)致電阻有限。”

為了了解這些階段的相互作用，研究人員在美國領(lǐng)先的X射線光源——位于阿貢的能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施先進光子源（APS）研究了一年。

在那里，他們得到了能源部科學(xué)研究者研究計劃的支持，并開發(fā)了一個能夠探測復(fù)雜材料微觀細節(jié)的綜合表征平臺。

通過X射線技術(shù)的結(jié)合，研究人員能夠證明，在晶體上施加磁場可以使銪磁力線重新定向，使其與超導(dǎo)層平行。這消除了它們的拮抗作用，導(dǎo)致零阻力狀態(tài)出現(xiàn)。

利用電子測量和X射線散射技術(shù)，科學(xué)家們能夠確認他們可以控制材料的行為。

“控制超導(dǎo)性的獨立參數(shù)的本質(zhì)是相當(dāng)迷人的，因為人們可以繪制出控制這種效應(yīng)的完整方法，”他們說，“這種潛力提出了幾個迷人的想法，包括為量子設(shè)備調(diào)節(jié)場靈敏度的能力。”

然后，研究小組對晶體施加壓力，得到了有趣的結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)，即使不重新調(diào)整磁場方向，超導(dǎo)電性也能被提升到足以克服磁性的程度，或者被削弱到磁場重新定向不再能產(chǎn)生零電阻狀態(tài)的程度。這一附加參數(shù)允許控制和定制材料對磁性的敏感性。

“這種材料是令人興奮的，因為你在多個階段之間有一個緊密的競爭，通過施加一個小的應(yīng)力或磁場，你可以使一個階段超過另一個階段，從而打開和關(guān)閉超導(dǎo)性。絕大多數(shù)超導(dǎo)體都不那么容易切換。”他們說。