باستخدام التقنيات الدقيقة لصنع فائقة التوصيل الأغشية الرقيقة طبقة تلو طبقة ، علماء الفيزياء في إدارة الولايات المتحدة للطاقة (وزارة الطاقة) مختبر بروكهافن الوطني والتعرف على طبقة واحدة مسؤولة عن قدرة المرء مثل هذه المواد لتصبح فائقة التوصيل ، أي تحمل التيار الكهربائي مع أي طاقة الخسارة. ويمكن استخدام هذه التقنية ، وصفت في أكتوبر 30 ، 2009 ، قضية العلم ، لمهندس أفلام سامسونج مع الموصلية الفائقة "الانضباطي" للأجهزة الإلكترونية عالية الكفاءة.
ويبين هذا الرسم داخل الغرفة شعاع تناضد الجزيئية حيث يتم بناء الأغشية الرقيقة طبقة بعد طبقة ، مبديا التسليم الفنانين من الفيلم عملية التوليف.
"أردنا أن الإجابة على السؤال الأساسي حول مثل هذه الافلام" ، وقال بروكهيفين الفيزيائي وزعيم جماعة Bozovic إيفان. "وهي : كيف يمكن أن يكون الفيلم رقيقة وما زالت تحتفظ الحرارة العالية الموصلية الفائقة؟"
وأرق من المواد (وارتفاع درجة حرارة التحول لموصل جيد للكهرباء) ، أكبر من إمكاناتها لتقديم الطلبات حيث يمكن السيطرة على الموصلية الفائقة بواسطة حقل كهربائي خارجي. "هذا النوع من الرقابة من الصعب تحقيق مع سمكا الأفلام ، لأن الحقل الكهربائي لا تخترق المعادن أكثر من النانومتر أو نحو ذلك" ، وأوضح Bozovic.
لاستكشاف حدود ركاكة ، وتوليفها في مجموعة Bozovic سلسلة من الأفلام على أساس cuprates درجة الحرارة العالية فائقة التوصيل (أكاسيد النحاس) -- المواد التي تحمل الحالية مع عدم فقدان الطاقة عندما تبرد تحت درجة حرارة معينة الانتقالية (TC). ومن المعروف منذ الزنك لقمع الموصلية الفائقة في هذه المواد ، واستبدال العلماء منهجي على كمية صغيرة من الزنك في كل من طبقات أكسيد النحاس. سيكون أي طبقة حيث وجود الزنك وكان له أثر قمع حددت بوضوح أساسية لالموصلية الفائقة في الفيلم.
"لدينا قياسات اظهرت ان المنشطات قد الزنك أساسا أي تأثير ، إلا عند وضعها في طبقة واحدة واضحة المعالم ، وعندما كان في الزنك تلك الطبقة ، قمعت بشكل كبير من الموصلية الفائقة" ، وقال Bozovic.
والمواد التي درسها فريق Bozovic غير اعتيادي من حيث أنه يتكون من طبقات من اثنين من مواد معدنية واحد والعازلة ، التي ليست فائقة التوصيل من تلقاء أنفسهم ، ولكن بدلا معرض الموصلية الفائقة في واجهة بينهما [انظر http://www.bnl .gov / bnlweb / pubaf / الأسبوعية / PR_display.asp؟ prID = 822].
حدد طبقة أساسية عن الموصلية الفائقة من التجربة الزنك والاستعاضة يمثل ثاني أكسيد النحاس طبقة بعيدا عن الواجهة. ووجد العلماء أن وجود الزنك لم يكن لها تأثير على درجة حرارة الموصلية الفائقة التي تمر بمرحلة انتقالية في مجموعات في حوالي 32 كلفن (-241 درجة مئوية) ، إلا عندما وضعت في تلك الطبقة بالذات. في الحالة الأخيرة ، لاحظ العلماء انخفاضا حادا في درجات الحرارة التي تمر بمرحلة انتقالية إلى 18 كلفن (-255 درجة مئوية). انخفاض في درجات الحرارة التي تمر بمرحلة انتقالية يوفر مؤشرا واضحا على أن طبقة معينة هي "الساخنة" واحدة مسؤولة عن ارتفاع درجة الحرارة نسبيا والذي يحدد عادة في الموصلية الفائقة لهذه المواد.
"لدينا الآن دليل التجريبية التي النظيفة ذات درجة الحرارة العالية الموصلية الفائقة يمكن أن توجد ، غير المنقوص ، في طبقة أكسيد النحاس واحدة" ، وقال Bozovic. "هذا جزء من المعلومات يعطي مدخلا هاما في فهمنا النظري لهذه الظاهرة".
وأوضح أن Bozovic ، في المواد التي تمت دراستها ، الالكترونات اللازمة لالموصلية الفائقة تأتي في الواقع من المواد المعدنية تحت واجهة. انهم تسرب مواد عازلة فوق واجهة ، وتحقيق مستوى حرج في ذلك طبقة أكسيد النحاس الثانية.
لكن من حيث المبدأ ، كما يقول ، وهناك طرق أخرى لتحقيق نفس التركيز من الإلكترونات في تلك الطبقة واحد ، على سبيل المثال ، عن طريق المنشطات تحقق من خلال تطبيق مجالات كهربائية. من شأنه أن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الموصلية الفائقة في طبقة أكسيد النحاس واحدة فقط قياس 0.66 نانومتر.
من وجهة النظر العملية ، فإن هذا الاكتشاف يفتح الطريق نحو تصنيع الأجهزة الإلكترونية مع التضمين ، أو الانضباطي ، فائقة التوصيل الخصائص التي يمكن التحكم بها حقول كهربائية أو مغناطيسية.
"الأجهزة الإلكترونية تستهلك بالفعل جزء كبير من استهلاك الكهرباء لدينا -- وهذا هو النمو السريع." واصلت Bozovic. "ومن الواضح أننا بحاجة أقل للطاقة والالكترونيات الجياع في المستقبل". الموصلات الفائقة ، والتي تعمل من دون فقدان الطاقة -- ولا سيما تلك التي تعمل على ارتفاع درجات الحرارة الأكثر عملية ، -- قد تكون طريقة واحدة للذهاب.
ويمكن أيضا طريقة لتجميع Bozovic طبقة تلو طبقة والقدرة على تغيير استراتيجي تكوين طبقات الفردية يمكن استخدامها لاستكشاف والتحكم الإلكترونية الأخرى ربما الظواهر والخصائص التي تظهر في واجهات بين المواد الطبقات.