Käyttämällä tarkkuus tekniikoita tehdä suprajohtavia ohutkalvojen kerros-by-layer, Fyysikot Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Brookhaven National Laboratory on tunnistettu yksi kerros vastaa yhden sellaisen materiaalin kykyä tulla suprajohtavat, eli kuljettaa sähkövirtaa ilman energiaa menetys. Tekniikka, kuvattu lokakuun 30, 2009, kysymys Science, voitaisiin käyttää insinööri ultrathin elokuvia "viritettävät" suprajohtavuus korkeamman hyötysuhteen elektroniset laitteet.
Tämä Kuvassa näkyy sisäpuolelta Molekyylisuihku epitaxy kammioon, jossa ohutkalvojen rakennetaan kerros kerrokselta, näyttää taiteilijoiden luovuttamista elokuvan synteesi prosessiin.
"Halusimme vastata periaatteellinen kysymys tällaisista elokuvista", sanoi Brookhaven fyysikko ja ryhmänvetäjä Ivan Bozovic. "Nimittäin: kuinka ohut voi kalvo olla ja silti säilyttää korkean lämpötilan suprajohtavuus?"
Ohuempaa materiaalia (ja korkeampi sen siirtyminen lämpötilan suprajohteen), sitä suurempi potentiaali sovelluksiin, joissa suprajohtavuus voidaan ohjata ulkoisen sähkökentän. "Tällainen valvonta on vaikea saavuttaa paksumpi elokuvia, koska sähkökenttä ei tunkeudu metalleja yli nanometrin tai niin," Bozovic selitti.
Jos haluat tutustua rajat ohuus, Bozovic ryhmä syntetisoitu sarjan elokuvia perustuu korkean lämpötilan suprajohtavat cuprates (kupari-oksidit) - materiaalit, jotka kuljettavat nykyinen ilman energian menetys, kun se jäähdytetään alle tietyn siirtymäkauden lämpötila (Tc). Koska sinkki tiedetään tukahduttaa suprajohtavuus näitä materiaaleja, tutkijat systemaattisesti korvata pieni määrä sinkkiä jokaiseen kupari-oksidi kerrosta. Jokainen kerros, jossa sinkki läsnäolo oli torjuva vaikutus olisi selvästi yksilöitävä olennaista suprajohtavuus elokuva.
"Meidän mittaukset osoittivat, että sinkki doping oli pohjimmiltaan ole vaikutusta, paitsi kun laitetaan yhteen, hyvin määritelty kerros. Kun sinkki oli joka kerros, suprajohtavuus dramaattisesti tukahdutetaan", Bozovic sanoi.
Materiaali tutkitaan Bozovic tiimi oli poikkeuksellinen, sillä se koostuu kerroksista kahdesta aineesta, yksi metallinen ja toinen eristävä, jotka eivät ole suprajohteet omasta, vaan näyttely suprajohtavuus rajapinnassa ne [ks http://www.bnl .gov / bnlweb / pubaf / PR / PR_display.asp? prID = 822].
Kerros tunnistettu olennaisiksi suprajohtavuus jonka sinkki-korvaaminen kokeilu edustaa toinen kupari-oksidi kerros pois käyttöliittymän. Tutkijat totesi, että läsnäolo sinkki ei vaikuttanut siirtyminen lämpötilassa suprajohtavuus televisioon, noin 32 Kelvin (-241 celsiusastetta), paitsi kun se asetetaan, että erityisesti kerros. Jälkimmäisessä tapauksessa, tutkijat havaittu dramaattiseen laskuun transitiolämpötila 18 Kelvin (-255 celsiusastetta). Väheneminen transitiolämpötilaa antaa selkeä osoitus siitä, että erityisesti kerros on "kuuma" yksi vastaa suhteellisen korkea lämpötila, jossa suprajohtavuus normaalisti settiä tätä materiaalia.
"Meillä on nyt puhdas kokeellinen todiste siitä, että korkean lämpötilan suprajohtavuus voi vallita, vähentymätön yhtenä kupari-oksidi kerros" Bozovic sanoi. "Tämä tieto antaa merkittävän panoksen myös teoreettinen ymmärrys tätä ilmiötä."
Bozovic selitti, että materiaali hän opiskeli, elektronit tarvitaan suprajohtavuuden todella tulevat metallia alla käyttöliittymä. Ne vuotaa eriste edellä käyttöliittymä ja saavuttaa kriittinen taso että toisen kupari-oksidikerroksen.
Mutta periaatteessa, hän sanoo, on olemassa muita tapoja saavuttaa saman pitoisuuden elektronien että yhdellä kerroksella, esimerkiksi dopingin aikaan soveltamalla sähkökenttiä. Tämä johtaisi korkean lämpötilan suprajohtavuus yhden kupari-oksidi kerros kooltaan vain 0,66 nanometriä.
Käytännön näkökulmasta tämä löytö avaa tietä kohti valmistus elektronisten laitteiden kanssa moduloitu, tai viritettävä, suprajohtavat ominaisuudet, jotka voidaan ohjata sähkö-tai magneettikentät.
"Elektroniset laitteet jo kuluttaa suuri osa meidän sähkön käyttöä - ja tämä osuus kasvaa nopeasti." Bozovic jatkui. "On selvää, tarvitsemme vähemmän virtaa nälkäinen elektroniikka tulevaisuudessa." Suprajohteet, jotka toimivat ilman energian menetys - etenkin ne, jotka toimivat lämpimämpi, enemmän käytännön lämpötiloissa - voi olla yksi tapa edetä.
Bozovic n kerros-by-layer synteesin menetelmää ja kykyä strategisesti muuttaa yksittäisten kerrosten "koostumusta voidaan käyttää myös tutkia ja mahdollisesti ohjata muita sähköisiä ilmiöitä ja ominaisuuksia, syntyy saumakohdissa kerroksittain materiaaleja.