- 美國科學家構(gòu)造出了一個超薄的超導場效應晶體管
- 洞悉絕緣材料變成高溫超導體的環(huán)境細節(jié)
- 更好地理解高溫超導性，加速無電阻電子設(shè)備的研發(fā)進程
美國科學家使用自主設(shè)計的、精確的原子逐層排列技術(shù)，構(gòu)造出了一個超薄的超導場效應晶體管，以洞悉絕緣材料變成高溫超導體的環(huán)境細節(jié)。發(fā)表于當日出版的《自然》雜志上的該突破將使科學家能更好地理解高溫超導性，加速無電阻電子設(shè)備的研發(fā)進程。
普通絕緣材料銅酸鹽在何種情況下從絕緣態(tài)躍遷到超導態(tài)？這種躍遷發(fā)生時，會發(fā)生什么？這些問題一直困擾著物理學家。探究這種躍遷的一種方法是，施加外電場來增加或減少該材料中的自由電子濃度，并觀察其對材料負載電流能力的影響。但要想在銅酸鹽超導體中做到這一點，還需要構(gòu)建成分始終如一的超薄薄膜以及高達100億伏/米的電場。
美國能源部物理學家伊萬·博若維奇領(lǐng)導的布魯克海文薄膜研究小組之前曾使用分子束外延技術(shù)制造出這種超導薄膜，該技術(shù)在一次制造一個原子層時還能精確控制每層的厚度。他們最近證明，用分子束外延方法制造出的薄膜內(nèi)，單層酮酸鹽能展示出未衰減的高溫超導性，他們用該方法制造出了超薄的超導場效應晶體管。
作為所有現(xiàn)代電子設(shè)備基礎(chǔ)的標準場效應晶體管內(nèi)部，一個半導體材料將電流從設(shè)備一端的“源”電極運送至另一端的“耗”電極;一個薄的絕緣體則作為第三電極“門”電極負責控制場效應晶體管。當在絕緣體上施加特定的門電壓時，該門電極會打開或關(guān)閉。但沒有已知的絕緣體能對抗誘導該酮酸鹽內(nèi)部高溫超導性所需的高電場，因此，標準場效應晶體管的設(shè)計并不適用于高溫超導場效應晶體管。
博若維奇團隊用一種能導電的液體電解質(zhì)來分離電荷。當朝電解液施加外電壓時，電解質(zhì)中的正電荷離子朝負電極移動，負電荷離子朝正電極移動，但當?shù)竭_電極時，離子會突然停止移動，就像撞到“南墻”一樣。電極“墻”負載的等量相反電荷之間的電場能超過100億伏/米。
新研制的超導場效應晶體管中，高溫超導體化合物模型(鑭-鍶-銅-氧)的臨界溫度可達30開氏度左右，為其最大值的80%，是以前紀錄的10倍。科學家可使用該晶體管來研究與高溫超導性有關(guān)的物理學基本原理。
超導場效應晶體管的應用范圍很廣泛。基于半導體的場效應晶體管能耗大，而超導體沒有電阻也無能耗。另外，原子逐層排列制造出的超薄結(jié)構(gòu)也使科學家能更好地使用外電場來控制超導性。
博若維奇表示，這僅僅只是一個開始，高溫超導體還有很多秘密有待探尋，隨著其神秘“面紗”逐一揭開，將來能制造出超快節(jié)能的高溫超導體。
