科学家发现高温零磁场超导二极管效应
发布时间:2025年1月26日 09:28
Author电子工坊
Image 0
北京大学物理学院量子材料科学中心王健团队与合作者展开研究,成功制备出铜氧化物高温超导体薄片器件,并在其中观测到零磁场下工作温度可达72开尔文(热力学温度,即零下201.15摄氏度,液氮温区附近)的高温超导二极管效应。与以往研究相比,王健团队制备的超导二极管不仅结构简单,工作温度也有大幅提升,未来有望应用于低能耗的集成电路中。相关研究成果日前以《铜氧化物高温超导体中的高温零磁场超导二极管效应》为题发表于《自然∙通讯》。
“半导体二极管是现代电子电路的基础元件,其典型特点是单向导电性:电流沿一个方向通过时电阻较小,而沿相反方向通过时电阻变得极大,就像单行道,只允许汽车往一个方向行驶而不能逆行。”王健告诉记者,这种特性使得半导体二极管能将交流电转化为直流电,即整流效应,从而使半导体二极管广泛用于具备电流开关、电路稳压与交变电流转换等功能的集成电路中。
“例如,我们日常使用的手机、电脑以及各种充电器等大部分电子设备,都会集成大量二极管。然而,因为有电阻,半导体二极管在使用时会不可避免地发热,集成度越高的电路发热越明显,这是造成电子设备在使用时会发烫的主要因素之一。持续发热会导致电子元件的性能下降甚至失效,这不仅是对电能的极大消耗,也限制了二极管在电路中的进一步集成。”团队成员齐世超介绍,而超导体具有零电阻特性,在使用时不会发热,能够实现零损耗的电信号传输。“因此,如能在超导体中实现整流效应,就有望构建出同时具备逻辑运算能力与低功耗性能的电路元件,也就是超导二极管。”
王健团队经过多年探索,成功制备出了铜氧化物高温超导的微纳器件,并且观测到零磁场下最高工作温度可达零下201.15摄氏度的超导二极管效应,这相较于常规超导二极管有大幅提升,并可通过较为廉价的液氮制冷实现。“我们观测到的超导二极管效应效率最大值约为22%,并且能在超过200个周期的电流下表现出持续稳定的整流效应。除此以外,这种二极管构型简单,无需外加磁场诱导就能产生,更有利于进一步集成到电子电路中。”王健说。
团队成员葛军表示,高温零磁场超导二极管作为一种基础电路元件,在未来有望应用于集成电路。相较于传统二极管,超导二极管的能耗极低,可减少电子电路使用能耗,并进一步增大电路集成度,进而提升芯片等产品的性能和运算能力。
栏目主编:周春晟 文字编辑:施薇 题图来源:上观题图 图片编辑:雍凯
来源:作者:光明网
产品
缤商APP用户后台
关于我们
公司简介加入我们
用户协议
隐私政策
联系我们
合作:135-8566-0971
客服:021-61673695
邮箱:support@bincial.com
地址:上海市浦东新区御桥路1220弄3号
DownloadAPP
视频号
WeChat
公众号
抖音
快手
Copyright© 上海播知科技有限公司 沪ICP备2023012989号-4