MIT科學(xué)家發(fā)現超導體定律

　　超導體(superconductor)又有新消息!這次是美國麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)現了一種支配薄膜超導體的定律，能為開(kāi)發(fā)能偵測小至單一光子、大至反潛魚(yú)雷(squid)之超高精確度超導光學(xué)偵測器(superconducting photodetector)的廠(chǎng)商減少許多嘗試錯誤的步驟。

　　其他可受益的應用可能還包括美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)所使用的電壓標準晶片(voltage standard chip)、D-Wave Systems開(kāi)發(fā)的世界首套量子電腦，以及Hypres提供的眾多氣象應用程式。MIT電子工程教授Karl Berggren表示：“薄膜超導體的應用包括反潛魚(yú)雷、光學(xué)偵測器、電壓標準、氣象以及D-Wave的量子電腦;”他的助手是MIT電子學(xué)實(shí)驗室的博士后研究員Yachin Ivry。

　　目前在制作薄膜超導體方面，往往涉及大量的嘗試錯誤過(guò)程，因為沒(méi)有與不同參數相關(guān)聯(lián)的方程式;不過(guò)藉由 MIT新開(kāi)發(fā)的數學(xué)定律，新的超導晶片就能以利用Berggren與Ivry的方程式所計算出的正確參數來(lái)進(jìn)行設計;Berggren表示：“了解超導薄膜關(guān)鍵溫度(critical temperature)、電阻率以及薄膜厚度之間的關(guān)系，能讓設計變得更容易?！?/p>

　　而其中最重要的參數也許是關(guān)鍵溫度──也就是材料會(huì )轉變成超導體的溫度;不過(guò)雖然該溫度值能藉由MIT新發(fā)明的方程式來(lái)最佳化，遺憾的是還無(wú)法降低到室溫。Berggren表示：“我們能最佳化關(guān)鍵溫度，但遺憾的是，薄膜越薄，關(guān)鍵溫度才能越低?！?/p>

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　　超薄的鈮(niobium)與氮(nitrogen)超導薄膜會(huì )顯示出個(gè)別原子，這個(gè)觀(guān)點(diǎn)讓MIT發(fā)現了超導體的通用定律 (圖片來(lái)源：MIT, Yachin Ivry)

　　不過(guò)超冷卻(super-cooled)超導體晶片能被更好地設計應用于量子運算、整合式超低功耗元件等應用。據了解，Berggren的實(shí)驗室──量子奈米架構與奈米結構小組(Quantum Nanostructures and Nanofabrication Group)，也是Ivry工作的地方──已經(jīng)打造出耗電量?jì)H有相同功能非超導晶片百分之一的晶片。

　　該研究小組最近測試的材料是氮化鈮(niobium nitride)，是一種所謂的高溫超導體;透過(guò)將三個(gè)參數──關(guān)鍵溫度、薄膜厚度與電阻率──中的兩個(gè)保持恒定，研究人員發(fā)現在三個(gè)參數與一個(gè)常數之間有明顯的關(guān)系。其論文可點(diǎn)擊此連結免費下載閱讀。

　　接下來(lái)研究人員也在其他材料的超導體上嘗試新定律，并發(fā)現它在數十種不同的超導體也是有效的;其中每一種超導體在相同的方程式下有不同的常數，取決于其晶格規則。