Bij toeval hebben onderzoekers van de TU Delft een supergeleider ontwikkeld pass on elektriciteit in één richting laat lopen.
Een supergeleidende diode, opgebouwd uit laagjes van één atoom dik, kan het energieverbruik van PCs enorm verlagen. Ook kan het een doorbraak zijn voor supergeleidende quantumcomputers.
Een diode is een elektronische part kick the bucket stroom in één richting laat lopen. Het is een fundamenteel onderdeel van de semiconductor, de basiscomponent van moderne PCs. Diodes en transistoren zijn gemaakt van halfgeleiders pass on een elektrische weerstand hebben, wat betekent dat er energie in verloren gaat in de vorm van warmte.
Supergeleiders hebben geen weerstand. Daardoor gaat er geen energie bij verloren. Ze kunnen echter niet gebruikt worden als diodes, omdat het bij traditionele diodes juist de weerstand is pass on ervoor zorgt dat elektriciteit slechts in één richting stroomt.
Niet voorspeld
Mazhar Ali, universitair docent nanowetenschappen aan de Technische Universiteit Delft, heeft nu met zijn collega’s voor het eerst een supergeleidende diode gedemonstreerd. Ze plaatsten een tweedimensionale laag van een materiaal genaamd niobium-3-brush 8 tussen twee supergeleidende lagen. Wanneer elektronen in de ene richting entryway het geheel reizen, ondervinden zij geen weerstand. In de andere richting ondervinden ze dat wel.
‘Dit was niet voorspeld’, zegt Ali. ‘We hebben dit experimenteel gewoon geprobeerd – er was geen voorspelling voorafgaand aan het trial.’
Het resultaat was zo onverwacht dat Ali en zijn group niet helemaal begrijpen digger de supergeleidende diode werkt. ‘Mensen hebben een ruw idee, maar een rigoureuze theorie bestaat nog niet’, zegt Ali.
Honderden keren sneller
Naast het omverstoten van theorie kan de ontdekking ook belangrijke praktische toepassingen hebben. PCs en datacenters verbruiken tussen de 10 en 20 procent van alle elektriciteit in de wereld. Een groot deel daarvan gaat verloren in de vorm van warmte entryway de elektrische weerstand in transistoren. Entryway supergeleidende halfgeleiders te maken, zouden PCs honderden keren minder stroom kunnen verbruiken en mogelijk honderden keren sneller kunnen werken, aldus Ali.
De diode bespaart niet alleen energie, maar kan ook van cruciaal belang zijn voor de vooruitgang van quantumcomputers. De diode gebruikt namelijk een fenomeen dat het josephson-impact wordt genoemd, een quantumproces waarbij elektronen entryway een spleet tussen twee supergeleiders kunnen tunnelen.
Zogeheten josephson-juncties worden veel gebruikt in supergeleidende quantumcomputers. Het gebruik van een josephson-diode zou daarom kunnen leiden child nieuwe soorten quantumcomputers.
Energie-inefficiënt
‘Bijzonder indrukwekkend aan dit resultaat is het feit dat je een josephson-apparaat hebt. Need daarbij komt een heleboel extra natuurkunde kijken pass on je bijvoorbeeld niet zou hebben in een supergeleidende draad’, zegt Jason Robinson, hoogleraar materiaalfysica aan de Universiteit van Cambridge.
Ali en zijn group willen hun ontdekking nu gebruiken om een supergeleidende semiconductor te bouwen, maar er liggen nog uitdagingen in het verschiet. De huidige diode werkt bij ongeveer 2 kelvin, oftewel – 271 graden Celsius. Het kost meer energie om pass on temperatuur in stand te houden dan de diode zou kunnen besparen.
Ali denkt de diode met alternatieve materialen kan werken bij temperaturen boven 77 kelvin – de temperatuur waarbij stikstof vloeibaar is. Dat zou de diodes wel energiebesparend maken.
Verder wordt de diode momenteel nog in een handmatig proces gemaakt, waarbij lagen van supergeleidend materiaal zorgvuldig worden afgepeld en operation elkaar gestapeld. Dit zou geautomatiseerd moeten worden om de apparaten operation grote schaal te maken, zegt Ali.
Leave a Reply