導(dǎo)體內(nèi)電子流動產(chǎn)生電流示意圖。(Shutterstock)

4月27日發(fā)表于《自然》(Nature)期刊的一篇文章稱，研究者發(fā)明了讓電流只往一個方向流動的超導(dǎo)技術(shù)。

20世紀(jì)，很多科學(xué)家都對超導(dǎo)現(xiàn)象感到困惑。1911年，荷蘭物理學(xué)家卡默林·昂內(nèi)斯(Kamerlingh Onnes)發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。在超導(dǎo)體內(nèi)，電流可以在零阻力的環(huán)境下流動。

而單向超導(dǎo)體指的是電流只有向一個方向流動遇到的才是零阻力。這就像發(fā)明一種冰塊，向一個方向滑動是零阻力，而向另一個方向滑動則遇到無限大的阻力一樣不可思議。這在以前看來，是不可能實現(xiàn)的事情，但是這個研究實現(xiàn)了這種技術(shù)。

這項研究的負(fù)責(zé)人荷蘭代爾夫特理工大學(xué)(Delft University of Technology)副教授馬扎爾·阿里(Mazhar Ali)說，電子設(shè)備用上超導(dǎo)材料不僅可以提升運行速度，而且大幅節(jié)能。

阿里介紹說，他們利用一種類似石墨烯的平面量子材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)約瑟夫森結(jié)中所使用的普通材料作為屏障，制成了量子材料約瑟夫森結(jié)(QMJJs)。這種量子材料自有的特性使得它能夠以全新的方式控制兩個超導(dǎo)體的耦合，從而實現(xiàn)了單向超導(dǎo)技術(shù)。

目前他們使用了簡單的超導(dǎo)材料，對運行溫度要求較低。阿里說下一步他們希望嘗試所謂的“高溫超導(dǎo)”材料，希望把運行溫度提升到77K以上。

另一個要解決的技術(shù)難題是，怎樣擴(kuò)大這種材料的生產(chǎn)規(guī)模。他們在納米設(shè)備上展示了這項技術(shù)的可行性，只制造了幾個。阿里說，下一步要研究怎樣在一個芯片內(nèi)制造上千個約瑟夫森結(jié)。

阿里說使用這種材料可讓電腦的運行速度提升300~400倍。他說：“如果說20世紀(jì)是半導(dǎo)體的時代，那么21世紀(jì)就是超導(dǎo)體的時代。”