最具希望高温超导二极管或出现 可为量子计算等新兴行业提供动力

最具希望高温超导二极管或出现可为量子计算等新兴行业提供动力据科技日报，几十年来，超导体一直是物理学界研究的热点。但这些允许电子完美无损流动的材料，通常只在非常低的温度下（比绝对零度高几度）才表现出这种量子力学特性。美国哈佛大学研究团队展示了一种新策略，可制造和操纵铜酸盐高温超导体，为在以前无法获得的材料中设计新的超导形式扫清了道路。使用一种独特的低温器件制造方法，研究团队在最新一期《科学》杂志上报告了世界上第一个有希望的高温超导二极管。其本质是一种使电流单向流动的开关，由薄的铜酸盐晶体制成。从理论上讲，这样的设备可为量子计算等新兴行业提供动力。

超导突破：科学家发现量子物质的新状态

超导突破：科学家发现量子物质的新状态这种"自旋三重电子对晶体"是一种以前未知的拓扑量子物质状态。这一发现最近发表在《自然》杂志上。顾强强是在文理学院詹姆斯-吉尔伯特-怀特杰出荣誉教授、物理学家J.C.SéamusDavis实验室工作的博士后研究员，他与科克大学学院的乔-卡罗尔和牛津大学的王树秋共同领导了这项研究。当配对电势呈现奇奇偶性时，超导体就是拓扑超导体，这会导致每个电子对采用自旋三重态，两个电子自旋的方向相同。顾强强介绍说，拓扑超导体是物理学家们热衷研究的对象，因为从理论上讲，它们可以构成超稳定量子计算机的材料平台。然而，即使对拓扑超导进行了长达十年的深入研究，除了同样在康奈尔大学发现的超流体3He之外，还没有任何块体材料被明确认定为自旋三奇偶超导体。最近，一种奇特的新材料--二碲化铀（UTe2）成为这种分类的极有希望的候选者。然而，它的超导阶参数仍然难以捉摸。2021年，理论物理学家开始提出，UTe2实际上处于拓扑对密度波（PDW）状态。此前从未探测到过这种形式的量子物质。简单地说，拓扑对密度波就像超导体中的成对电子的静态舞蹈，但这些成对电子在空间中形成周期性的晶体图案。"我们康奈尔大学的团队在2016年利用我们为此发明的超导尖端扫描约瑟夫森隧穿显微镜发现了有史以来观测到的第一个PDW，"顾说。"从那时起，我们开创了在毫开尔文温度和微伏能量分辨率下的SJTM研究。在UTe2项目中，我们直接观察到了超导配对势在原子尺度上的空间调制，并发现它们的调制完全符合PDW状态下电子对密度在空间周期性调制的预测。我们探测到的是一种新的量子物质态--由自旋-三重库珀对组成的拓扑对密度波"。库珀对密度波是电子量子物质的一种形式，其中电子对凝固成超导PDW态，而不是形成传统的"超导"流体，在这种流体中，所有电子对都处于相同的自由运动状态。顾强强说："在自旋三重超导体中首次发现PDW令人兴奋。铀基重费米子超导化合物是一类新颖奇特的材料，为实现拓扑超导提供了一个前景广阔的平台。......我们的科学发现还指出了这种有趣的量子态在s波、d波和p波超导体中无处不在的性质，并为在广泛的材料中识别这种状态提供了新的途径。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380305.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380305.htm

郭明𫓹：常温超导体将颠覆产品设计 小型设备也可匹敌量子计算机

郭明𫓹：常温超导体将颠覆产品设计小型设备也可匹敌量子计算机郭明𫓹今天发布推文称，常温常压超导体商业化的时程并没有任何能见度，但未来若能够顺利商业化，将对计算机与消费电子领域的产品设计产生颠覆性的影响。计算机与消费电子的技术与材料创新，都是为了要实现高速运算、高频高速传输、小型化等要求。郭明𫓹称常温超导体将颠覆产品设计他表示，超导状况(电阻消失)特性将会颠覆既有的产品设计以及材料与技术的采用，例如：不再需要散热系统、光纤/高阶CCL(覆铜板)被取代、先进制程门槛降低等，让即便是小如iPhone的移动设备，都能拥有与量子计算机匹敌的运算能力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374441.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374441.htm

下一代超导二极管： 提高人工智能性能和量子计算的可扩展性

下一代超导二极管：提高人工智能性能和量子计算的可扩展性这篇论文发表在《自然-通讯》上，这是一本涵盖自然科学和工程的同行评审科学期刊。二极管只允许电流在电路中流向一个方向，而不是另一个方向。它基本上是晶体管的一半，是计算机芯片的主要构成元素。二极管通常是用半导体制造的，但研究人员对用超导体制造它们很感兴趣，因为超导体有能力在传输能量的过程中不损失任何能量。"我们想让计算机变得更强大，但以我们目前的材料和制造方法，很快就会遇到一些硬性限制，"论文的资深作者、明尼苏达大学物理和天文学学院的副教授弗拉德-普里比亚格说。"我们需要新的方法来开发计算机，而现在提高计算能力的最大挑战之一是它们耗散的能量太多。因此，我们正在考虑超导技术可能有助于解决这个问题的方法。"明尼苏达大学的研究人员使用三个约瑟夫森结创建了这个设备，约瑟夫森结是通过在超导体之间夹住非超导材料的碎片制成的。在这种情况下，研究人员用半导体层连接超导体。该设备的独特设计使研究人员能够使用电压来控制该设备的行为。他们的设备也有能力处理多个信号输入，而典型的二极管只能处理一个输入和一个输出。这一特点可以在神经形态计算中得到应用，这是一种工程化的方法。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364145.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364145.htm

量子几何 - 超导领域最新的"神奇"转折点

量子几何-超导领域最新的"神奇"转折点这项新的研究对具有近乎"冻结"电子的材料中如何产生超导性提供了重要的见解。他们的研究结果最近发表在《自然》杂志上，描述了一种计算电子速度的新方法。这项研究也代表了第一个例子，即量子几何被认为是任何材料中超导性的主要贡献机制。研究人员研究的材料是扭曲的双层石墨烯。石墨烯是一个单层的碳原子，以蜂窝状的方式定期排列。在扭曲的双层石墨烯中，两片石墨烯以轻微的角度扭曲堆叠在彼此的顶部。达拉斯大学自然科学和数学学院的物理学副教授、该研究的作者张帆博士说，原则上，在某个"神奇"的扭曲角度，材料中电子的速度接近零。理论物理学家张和他的合作者之前发表了一篇关于此类系统的独特物理特性的评论文章。张说："在传统金属中，电子的平均速度负责导电性，而在超导体中，电子配对成库珀对均匀流动，没有阻力或耗散。相比之下，在扭曲的双层石墨烯中，电子的移动速度非常非常慢，速度接近于零。但这产生了一个悖论：这些缓慢的电子如何能够导电，更不用说超导了，超导性必须来自其他东西。我们确定它产生于量子几何学。"这项新的研究为超导性如何在具有几乎"冻结"电子的材料中产生提供了重要的见解。由物理学教授和研究报告作者MarcBockrath博士、JeanieLau博士和MohitRanderia博士领导的俄亥俄州的研究人员制造了一个魔角扭曲的双层石墨烯装置，并能够测量其电子的速度。凝聚态物理学家利用施温格效应，即在电场存在的情况下自发产生电子-正电子对，来测量材料中电子的速度及其对超导性的贡献。这些发现标志着首次在任何超导体中看到了施温格效应，这是一种在相对论粒子物理学中预测但尚未观察到的现象。"事实证明，该速度是迄今为止所有石墨烯系统中最慢的。令人惊讶的是，超导性仍然可以产生，"理论组的物理学博士生、文章作者之一徐天一说。"弄清楚如何测量电子速度很重要，因为确定速度是一个关键步骤，使我们能够计算出它对超导的贡献。事实证明，这个贡献是很小的。"实验测量和理论分析表明，对超导性的主导贡献反而来自于量子几何学，它类似于普通几何学，但源自于量子多体物理学。"考虑一下我们正常的三维空间中的一个气球。它的所有几何特性都可以由度量和定义在其表面上的曲率决定，"前研究生和文章的作者PatrickCheung表示。"量子电子所处的空间也是如此。在这个所谓的希尔伯特空间中，量子几何可以产生令人难以置信的材料特性和应用，例如本研究中讨论的超导性和智能量子传感，我们在以前的工作中证明了这一点。"由量子几何学促成的超导性是一种非常规的机制。新的发现可以成为发现和设计新的超导体的基础，这些超导体在更高的温度下发挥作用，而不是在环境压力下工作在150开尔文（-123摄氏度或-190华氏度）以下。在室温下工作的高温超导体，长期以来一直是凝聚态物质和材料物理学的圣杯。如果它能够被开发出来，我们的生活和社会将被完全重塑，因为，例如，我们可以更有效地运输电力，以更低的成本运行磁悬浮列车。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349005.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349005.htm

革命性的材料可能解决IBM和谷歌发展量子计算遇到的关键问题

革命性的材料可能解决IBM和谷歌发展量子计算遇到的关键问题分层二维材料的异质结构的形成，设想为乐高式积木锁在一起。资料来源：ElizabethFloresgomezMurray普通计算机由数十亿个晶体管组成，被称为比特，并由二进制代码（"0"=关闭，"1"=打开）支配。量子比特，也被称为量子比特，是基于量子力学的，可以同时是"0"和"1"。这被称为叠加，可以使量子计算机比常规的、经典的计算机更加强大。然而，打造量子计算机有一个问题。宾夕法尼亚州立大学物理学教授、该研究的通讯作者朱俊说："IBM、Google和其他公司正在试图制造和扩大基于超导量子比特的量子计算机。如何将经典环境的负面影响降到最低，因为经典环境会导致量子计算机的运行出现错误，这是量子计算的一个关键问题。"这个问题的解决方案可能在一种被称为拓扑量子比特的异国版本中找到。朱说："基于拓扑超导体的量子比特有望受到超导性的拓扑方面的保护，因此对环境的破坏性影响更加强大。"拓扑量子比特与数学中的拓扑学有关，即一个结构正在经历物理变化，如被弯曲或拉伸，但仍保持其原始形式的属性。这是一种理论类型的量子比特，尚未实现，但其基本思想是，某些材料的拓扑特性可以保护量子状态不受经典环境的干扰。物理学研究生和该研究的第一作者CequnLi说，目前有很多人关注拓扑量子计算。李说："量子计算是一个非常热门的话题，人们正在考虑如何建立一种计算中误差较小的量子计算机。拓扑量子计算机是一种吸引人的方式。但拓扑量子计算的一个关键是为它开发合适的材料。"该研究的研究人员通过开发一种称为异质结构的层状材料，在这个方向上迈出了一步。该研究中的异质结构由一层拓扑绝缘体材料，铋锑碲化物或（Bi,Sb）2Te3，和一个超导材料层：镓组成。朱说："我们开发了一种特殊的测量技术来探测（Bi,Sb）2Te3薄膜表面的近距离诱导超导性。近距离诱导超导性是实现拓扑超导体的一个关键机制。我们的工作表明，它确实发生在（Bi,Sb）2Te3薄膜的表面。这是朝着实现拓扑超导体迈出的第一步"。然而，这样的拓扑绝缘体/超导体异质结构很难创建。因为不同的材料有不同的晶格结构。如果你把两种材料放在一起，它们可能会相互发生化学反应，最后会出现混乱的界面。因此，研究人员正在使用一种被称为约束异质外延的合成技术，该技术正在MRSEC进行探索。这涉及到在镓层和（Bi,Sb）2Te3层之间插入一层外延石墨烯，它是一层一到两个原子厚的碳原子片。这使这些层能够衔接和结合，就像把乐高积木扣在一起一样。李说："石墨烯将这两种材料分开，并作为一个化学屏障。因此，它们之间没有反应，我们最终得到了一个非常好的界面。"此外，研究人员证明了这种技术在晶圆水平上是可扩展的，这将使它成为未来量子计算的一个有吸引力的选择。晶圆是一种圆形的半导体材料切片，作为微电子的基底。这种异质结构具有拓扑超导体的所有元素，但也许更重要的是，它是一种薄膜，而且可能是可扩展的。因此，晶圆规模的薄膜在未来的应用上有很大的潜力，例如建立拓扑量子计算机。这项研究是CNS的IRG1-二维极地金属和异质结构团队的联合努力，由朱俊和宾夕法尼亚州立大学材料科学和工程教授JoshuaRobinson领导。参与这项研究的其他教师包括亨利-W-克纳尔早期职业教授和物理学副教授张翠珠，以及宾夕法尼亚州立大学材料科学和工程学院助理教授DanielleReifsnyderHickey。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348689.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348689.htm