الموصل الفائق الجديد قد يمهد الطريق للكمبيوتر الكمّي

نجح فريق دولي يضم باحثين من جامعة فيرتسبورغ في إنشاء حالة خاصة من النفاذية الفائقة. يمكن أن يعزز هذا الاكتشاف تطوير الحواسيب الكمية.

تم نشر الورقة التي تناقش البحث في Nature Physics تحت عنوان "Magnetically tunable supercurrent in a dilute magnetic topological insulator based Josephson junctions."

النفاذيات الفائقة هي مواد تستطيع توصيل الكهرباء بدون مقاومة كهربائية - مما يجعلها المادة القاعدية المثالية للمكونات الإلكترونية في آلات الرنين المغناطيسي النووي، وقطارات التعليق المغناطيسي، وحتى مسرعات الجسيمات. ومع ذلك، تتأثر النفاذيات الفائقة التقليدية بالمغناطة بسهولة. نجح مجموعة دولية من الباحثين الآن في بناء جهاز هجين يتألف من نفاذية فائقة مستقرة تعززها المغناطة ويمكن التحكم في وظيفته بشكل محدد.

حامل العينات للقياسات عند درجة ميلي كلفن (-273 مئوية). صورة برعاية: ماندال / JMU، تعديل جانبي بواسطة Firefly. جامعة فيرتسبورغ.انقر على رابط البيان الصحفي للعرض بالحجم الكامل.

قاموا بجمع النفاذية الفائقة مع مادة شبه موصل خاصة تعرف بعازل متداخل. "العوازل المتداخلة هي مواد توصل الكهرباء على سطحها وليس بداخلها. وهذا يرجع إلى هيكلها العلوي الفريد، أي الترتيب الخاص للإلكترونات"، أوضح البروفيسور تشارلز جولد، فيزيائي في معهد العوازل المتداخلة بجامعة فيرتسبورغ(JMU). "الشيء المثير هو أنه يمكننا تجهيز العوازل المتداخلة بذرات مغناطيسية بحيث يمكن التحكم فيها بواسطة ممغنط".

تم ربط النفاذيات الفائقة والعوازل المتداخلة لتشكيل ما يسمى باتصال جوزيفسون، وهو اتصال بين نفاذين فائقين مفصولين بطبقة رقيقة من المواد غير الفائقة. "هذا سمح لنا بتجميع خصائص النفاذية الفائقة والمواد الشبه موصلة"، قال جولد. "لذا نجمع بين مزايا النفاذية الفائقة مع قابلية التحكم في العازل المتداخل. باستخدام حقل مغناطيسي خارجي، يمكننا الآن التحكم بدقة في الخصائص النفاذية الفائقة. هذا اختراق حقيقي في الفيزياء الكمومية!"

النفاذية الفائقة تلتقي بالمغناطة

الجمع بين هذا التوجه المميز يخلق حالة غريبة حيث تجتمع النفاذية الفائقة والمغناطة - غالبًا ما تكون هذه ظواهر مضادة نادراً ما تتواجد معًا. تُعرف هذه الحالة باسم حالة Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) المدفوعة بالقرب. يمكن أن يكون السوبرنفاذي مع وظيفة تحكم "الجديد" مهمًا للتطبيقات العملية، مثل تطوير الحواسيب الكمية. بخلاف الحواسيب التقليدية، تستند الحواسيب الكمية ليس على البتات بل على البتات الكمية (الكيوبتات) التي يمكن أن تتولى ليس فقط حالتين ولكن عدة حالات معًا.

"المشكلة هي أن الكيوبتات الكمية حاليًا غير مستقرة للغاية لأنها حساسة للغاية للتأثيرات الخارجية، مثل الحقول الكهربائية أو المغناطيسية"، أوضح الفيزيائي جولد. "يمكن أن يساعد اكتشافنا في استقرار الكيوبتات الكمية بحيث يمكن استخدامها في الحواسيب الكمية في المستقبل".

فريق بحثي دولي في مجال الفيزياء الكمومية

تمت الأبحاث التجريبية من قبل فريق من كرسي الفيزياء التجريبية الثالث للبروفيسور لورنس و. مولينكامب في فيرتسبورغ. تمت بالتعاون الوثيق مع خبراء نظريين من مجموعة البروفيسور اف. سيباستيان بيرغريت من مركز الفيزياء النسيجية (CFM) في سان سيباستيان، إسبانيا، والبروفيسور تيون إم. كلابويك من جامعة تكنولوجيا دلفت في هولندا.

تم تمويل المجموعة الدولية للبحث من خلال مجموعة التفوق ct.qmat (التعقيد والتوبولوجيا في المواد الكموية)، ومؤسسة البحوث الألمانية (DFG)، وولاية بافاريا الحرة، والوكالة الإسبانية للبحث العلمي (AEI)، وبرنامج البحث الأوروبي هورايزن 2020 وبرنامج منح البحث المتقدم من الاتحاد الأوروبي.

**

يجيب هذا جزئيًا على إحدى الأسئلة التي كانت تشغل المراقبين المهتمين منذ سنوات حول الحقل المغناطيسي الطبيعي المحيط بنفاذية فائقة مثارة بالحماس. ليس مفاجئًا كثيرًا أن يؤثر حقل مغناطيسي متطفل على موصل فائق. ومع ذلك، من المدهش أيضًا أن التكنولوجيا المحتملة بالفعل تأتي إلى التركيز.

يبدو أن القضية الوحيدة الكبرى المتبقية يومًا ما هي قضية درجة الحرارة.

بقلم برايان ويستنهاوس عبر New Energy and Fuel

قراءات أخرى ممتازة من Oilprice.com:

• أوكتوبس إنرجي تتخطى بريتيش غاز كأكبر مورد للطاقة في المملكة المتحدة
• هل ستضعف العملات الرقمية المركزية للبنوك المركزية قيمة الذهب؟
• أوكرانيا ومولدوفا على أعتاب محادثات انضمام رسمية إلى الاتحاد الأوروبي