پژوهشگران دریافتند

از نانوسیم‌ها می‌توان ترانزیستور‌های ابررسانا ساخت

پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نشان دادند که می‌توان ساختار‌های ابررسانا به‌صورت نانوسیم تولید کرد.

کد خبر: ۹۱۳۶۳۴

جمعه - ۰۱ اسفند ۱۳۹۹ / February 19, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، ابررساناها، موادی هستند که الکتریسیته را بدون مقاومت هدایت می‌کنند. ادوات ابررسانا می‌توانند بسیار کوچک باشند. معمولا ساخت آن‌ها گران‌قیمت بوده و متاثر از خطای ناشی از محیط است. تحقیقات انجام شده توسط گروه کارل برگگرن در گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر موسسه فناوری ماساچوست نشان می‌دهد که می‌توان بر این مشکلات غلبه کرد.

محققان این گروه در حال تولید یک نانوسیم ابررسانا هستند که می‌تواند الکترونیک ابررسانا با کارایی بیشتری را امکان‌پذیر کند. مزایای بالقوه این نانوسیم از سادگی آن ناشی می‌شود.

بیشتر فلزات در دمای بسیار کم، معمولاً فقط چند درجه بالای صفر مطلق، مقاومت خود را از دست داده و ابررسانا می‌شوند.

زیربنای بسیاری از ابررسانا‌ها دستگاهی به نام اتصال جوزفسون است که در دهه ۱۹۶۰ اختراع شد. در این دستگاه در اصل دو ابررسانا با یک عایق نازک از یکدیگر جدا شده‌اند. برگگرن می‌گوید: «این همان چیزی است که منجر به الکترونیک ابررسانای معمولی و در نهایت به کامپیوتر کوانتومی ابررسانا می‌شود.»

با این وجود، اتصال جوزفسون اساساً یک شی بسیار ظریف است. ابررسانا‌های مبتنی بر اتصال جوزفسون ممکن است با برخی ادوات خوب کار کند. اگر سعی کنید آن را به الکترونیک معمولی وصل کنید، مانند تلفن یا کامپیوتر، اتصال جوزفسون ممکن است فقط نویز تولید کند. این عدم توانایی برای تعامل با ادوات الکترونیکی بزرگ، نقطه ضعف اتصال جوزفسون است. برای غلبه بر این مشکل، برگگرن در حال توسعه فناوری جدیدی است که یک نانوسیم ابررسانا است.

در سال ۱۹۵۶، دادلی باک مهندس برق MIT، یک سوئیچ کامپیوتر ابررسانا به نام کرایوترون را معرفی کرد. این دستگاه کمی بیش از دو سیم ابررسانا داشت: یکی مستقیم بود و دیگری در اطراف آن پیچیده شده بود. کرایوترون به‌عنوان سوئیچ عمل می‌کند.

در آن زمان، کرایوترون بسیار کوچکتر از انواع دیگر سوئیچ‌های محاسباتی، مانند لوله‌های خلاء یا ترانزیستور بود و باک فکر می‌کرد که کرایوترون می‌تواند به عنصر اصلی کامپیوتر‌ها تبدیل شود. اما در سال ۱۹۵۹، باک به‌طور ناگهانی در سن ۳۲ سالگی درگذشت و تولید کرایوترون متوقف شد.

اکنون برگگرن بار دیگر ایده‌های باک درباره سوئیچ‌های کامپیوتری ابررسانا را احیا می‌کند. وی می‌گوید: «دستگاه‌هایی که در حال ساخت آن هستیم بسیار شبیه کرایترون‌ها هستند، زیرا به اتصالات جوزفسون نیازی ندارند.»

وی به احترام باک به دستگاه نانوسیم ابررسانای خود نانوکرایوترون لقب داد، اگرچه عملکرد آن کمی متفاوت از کرایوترون اصلی است.

نانو-کرایوترون به جای یک میدان مغناطیسی، از گرما برای ایجاد سوئیچ استفاده می‌کند. در دستگاه برگگرن، جریان از طریق یک سیم ابررسانا و بسیار سرد به نام «کانال» عبور می‌کند. این کانال توسط یک سیم کوچکتر به نام «انسداد» قطع می‌شود، مانند یک بزرگراه چند راهه که با یک جاده فرعی قطع می‌شود. وقتی جریان در طول انسداد حرکت می‌کند، ابررسانایی از بین می‌رود و گرم می‌شود. هنگامی‌که این گرمای تولید شده از بخش انسداد به کانال اصلی وارد شود، باعث می‌شود کانال اصلی حالت ابررسانایی خود را نیز از دست بدهد.

برگگرن می‌گوید که نانوسیم ابررسانای گروه وی می‌تواند روزی دستگاه‌های ابررسانایی مبتنی بر اتصال جوزفسون را تکمیل کند یا شاید با آن‌ها رقابت کند. وی می‌گوید: «ساختن این نانوسیم‌ها آسان است، بنابراین ممکن است از نظر قابلیت تولید دارای مزایایی باشد.»

او معتقد است که این نانوکرایوترون می‌تواند در کامپیوتر‌های کوانتومی ابررسانا و الکترونیک فوق سرد تلسکوپ‌ها استفاده شود. این سیم‌ها اتلاف توان کمی دارند، بنابراین ممکن است در این حوزه‌ها مفید باشند.