Facendo Uso delle tecniche di precisione per la fabbricazione delle pellicole sottili supercondutrici livello-da-livello, i fisici al Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti il Laboratorio Nazionale (DOE) del Brookhaven Hanno identificato un responsabile a un solo strato dell'una capacità di tale materiale di diventare superconduttori, cioè, porti la corrente elettrica senza perdita di energia. La tecnica, descritta nell'emissione del 30 ottobre 2009 di Scienza, ha potuto essere usata per costruire le pellicole ultrasottili con la superconduttività “musicale„ per gli apparecchi elettronici di alto-risparmio di temi.
Questo grafico mostra l'interno della camera in cui le pellicole sottili sono livello sviluppato dal livello, mostrare di epitassia del fascio molecolare artisti resa del trattamento della sintesi della pellicola.
“Abbiamo voluto rispondere ad una domanda fondamentale circa tali pellicole,„ ha detto il fisico di Brookhaven e la guida Ivan Bozovic del gruppo. “Cioè: Come la latta sottile la pellicola è ed ancora conservi la superconduttività ad alta temperatura?„
Il diluente il materiale (e il più alto la sua temperatura di transizione ad un superconduttore), il maggior il suo potenziale per le applicazioni dove la superconduttività può essere gestita da un campo elettrico esterno. “Questo tipo di controllo è difficile da raggiungere con le pellicole più spesse, perché un campo elettrico non penetra nei metalli più di un nanometro o così,„ Bozovic ha spiegato.
Per esplorare i limiti di thinness, il gruppo di Bozovic ha sintetizzato una serie di pellicole basate sui cuprates superconduttori ad alta temperatura (rame-ossidi) - materiali che portano la corrente senza perdita di energia una volta raffreddati sotto una determinata temperatura di transizione (Tc). Poiché lo zinco è conosciuto per sopprimere la superconduttività in questi materiali, gli scienziati hanno sostituito sistematicamente una piccola quantità di zinco in ciascuno dei livelli dell'rame-ossido. C'è Ne mettono a strati dove la presenza dello zinco ha avuta un effetto di soppressione chiaramente sarebbe identificata come essenziale alla superconduttività nella pellicola.
“Le Nostre misure hanno indicato che la verniciatura dello zinco non ha avuta essenzialmente effetto, a meno che una volta collocato in un singolo, livello ben definito. Quando lo zinco era in quel livello, la superconduttività è stata soppressa drammaticamente,„ Bozovic ha detto.
Il materiale studiato dal gruppo di Bozovic era in quanto consiste dei livelli di due materiali, quello insolito metallico ed uno che isola, che non sono superconduttori da sè, ma piuttosto esibisce la superconduttività all'interfaccia fra loro [vedi http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/PR_display.asp?prID=822].
Il livello identificato come essenziale alla superconduttività dall'esperimento della zinco-sostituzione rappresenta il secondo livello dell'rame-ossido a partire dall'interfaccia. Gli scienziati hanno trovato che la presenza di zinco non ha avuta effetto sulla temperatura di transizione a cui la superconduttività imposta, circa 32 kelvin (- 241 Celsius), a meno che una volta collocata in quel livello particolare. In quest'ultimo caso, gli scienziati hanno osservato un calo drammatico nella temperatura di transizione a 18 kelvin (- 255 Celsius). La riduzione della temperatura di transizione fornisce un'indicazione chiara che quel livello particolare è “il piccante„ uno responsabile relativamente dell'ad alta temperatura a quale superconduttività imposta normalmente dentro per questo materiale.
“Ora abbiamo una prova sperimentale pulita che la superconduttività ad alta temperatura può esistere, undiminished, in un singolo livello dell'rame-ossido,„ Bozovic ha detto. “Questo informazione dà l'input importante alla nostra comprensione teorica di questo fenomeno.„
Bozovic ha spiegato che, nel materiale ha studiato, gli elettroni richiesti per la superconduttività realmente viene dal materiale metallico sotto l'interfaccia. Colano nel materiale isolante sopra l'interfaccia e raggiungono il livello critico in quel secondo livello dell'rame-ossido.
Ma in linea di principio, dice, ci sono altri modi raggiungere la stessa concentrazione di elettroni in quanto a un solo strato, per esempio, verniciando raggiunta applicando i campi elettrici. Quello provocherebbe la superconduttività ad alta temperatura in un singolo livello dell'rame-ossido che misura appena 0,66 nanometri.
Da un punto di vista pratico, questa scoperta apre un percorso verso la lavorazione degli apparecchi elettronici con modulato, o i beni musicali e superconduttori che possono essere gestiti da elettrico o dai campi magnetici.
“Gli Apparecchi elettronici già consumano una grande frazione del nostro uso dell'elettricità - e questo sta sviluppandosi velocemente.„ Bozovic è continuato. “Chiaramente, abbiamo bisogno dell'elettronica affamata di meno potenza in futuro.„ I Superconduttori, che funzionano senza perdita di energia - specialmente quelle che gestiscono alle temperature più calde e più-pratiche - possono essere un modo andare.
Il metodo e la capacità della sintesi del livello-da-livello di Bozovic alterare strategico la composizione dei livelli della persona potrebbero anche essere usati per esplorare e possibilmente gestire altri fenomeni e beni elettronici che emergono alle interfacce fra i materiali stratificati.