De Bevindingen Mogen tot de Techniek van de Precisie van Supergeleidende Dunne Films voor Elektronische Apparaten Leiden

Published on October 29, 2009 at 6:44 PM

Gebruikend precisietechnieken om supergeleidende dunne films laag-door-laag te maken, dragen de fysici bij het Ministerie van Energie (DOE) Brookhaven van de V.S. het Nationale Laboratorium één enkele laag verantwoordelijk voor één capaciteit van dergelijk materiaal heeft geïdentificeerd supergeleidend te worden, d.w.z., elektrostroom zonder energieverlies. De techniek, die in 30 Oktober, 2009, kwestie wordt beschreven van Wetenschap, zou kunnen worden gebruikt om uiterst dunne films met „melodieuze“ supergeleiding voor hoog-efficiency elektronische apparaten te bouwen.

Grafisch Dit toont de binnenkant van de moleculaire straalepitaxy kamer waar de dunne films gebouwde laag door laag zijn, die een kunstenaarsvertolking van het procédé van de filmsynthese toont.

„Wij wilden een fundamentele vraag over dergelijke films beantwoorden,“ bovengenoemde fysicus Brookhaven en de groepsleider Ivan Bozovic. „Namelijk: Hoe dun kan zijn de film en nog supergeleiding op hoge temperatuur behouden?“

De verdunner het materiaal (en hoger zijn overgangstemperatuur aan een suprageleider), groter zijn potentieel voor toepassingen waar de supergeleiding door een extern elektrisch gebied kan worden gecontroleerd. „Dit type van controle is moeilijk om met dikkere films te bereiken, omdat een elektrisch veld niet in metalen meer dan een nanometer of zo doordringt,“ verklaarde Bozovic.

Om de grenzen van thinness te onderzoeken, stelde de Groep van Bozovic een reeks films samen die op supergeleidende cuprates op hoge temperatuur (koper-oxyden) worden gebaseerd - materialen die stroom zonder energieverlies wanneer gekoeld onder een bepaalde overgangstemperatuur dragen (Tc). Aangezien het zink gekend is om de supergeleiding in deze materialen te onderdrukken, substitueerden de wetenschappers systematisch een kleine hoeveelheid zink in elk van de koper-oxyde lagen. Om Het Even Welke laag waar de aanwezigheid van het zink een het onderdrukken effect had zou duidelijk geïdentificeerd essentieel aan supergeleiding in de film.

„Onze metingen toonden aan dat zink het smeren hoofdzakelijk geen effect had, behalve wanneer geplaatst in een enige, duidelijk omlijnde laag. Toen het zink in die laag was, werd de supergeleiding dramatisch onderdrukt,“ bovengenoemde Bozovic.

Het materiaal dat door het team van Bozovic wordt bestudeerd was ongebruikelijk in zoverre dat het uit lagen van twee materialen bestaat, één metaal en één isolerend, die geen suprageleiders op hun zijn, maar stelt eerder supergeleiding bij de interface tussen hen [zie http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/PR_display.asp?prID=822] tentoon.

De laag die zoals essentieel aan de supergeleiding door het zink-substitutie experiment wordt geïdentificeerd vertegenwoordigt tweede de koper-oxyde laag vanaf de interface. De wetenschappers vonden dat de aanwezigheid van zink geen effect op de overgangstemperatuur waarbij de supergeleiding in plaatst, ongeveer 32 Kelvin (- 241 Celsius) had, behalve wanneer geplaatst in die bepaalde laag. In het laatstgenoemde geval, namen de wetenschappers een dramatische daling in de overgangstemperatuur aan 18 Kelvin (- 255 Celsius) waar. De vermindering van overgangstemperatuur verstrekt een duidelijke aanwijzing dat die bepaalde laag „hete“ één verantwoordelijk voor vrij op hoge temperatuur is bij welke supergeleiding normaal binnen voor dit materiaal plaatst.

„Wij hebben nu een schoon experimenteel bewijs dat de supergeleiding op hoge temperatuur, onverminderd, in één enkele koper-oxyde laag kan bestaan,“ bovengenoemde Bozovic. „Dit stuk van informatie geeft belangrijke input aan ons theoretisch begrip van dit fenomeen.“

Bozovic verklaarde dat, in het materiaal dat hij heeft bestudeerd, komen de elektronen die voor supergeleiding worden vereist eigenlijk uit het metaalmateriaal onder de interface. Zij lekken in het isolerende materiaal boven de interface en bereiken het kritieke niveau in die tweede koper-oxyde laag.

Maar zegt hij, zijn er in principe andere manieren om de zelfde concentratie van elektronen in die enige laag te bereiken, bijvoorbeeld, door bereikte te smeren door elektrische velden toe te passen. Dat zou in supergeleiding op hoge temperatuur in één enkele koper-oxyde laag metend enkel 0.66 nanometers resulteren.

Vanuit een praktisch gezichtspunt, opent deze ontdekking een weg naar de vervaardiging van elektronische apparaten met gemoduleerd, of melodieuze, supergeleidende eigenschappen die door elektrisch of magnetisch velden kunnen worden gecontroleerd.

De „Elektronische apparaten verbruiken reeds een grote fractie van ons elektriciteitsgebruik - en dit groeit snel.“ Voortdurende Bozovic. „Duidelijk, zullen wij minder-machts hongerige elektronika in de toekomst.“ nodig hebben De Suprageleiders, die zonder energieverlies werken - in het bijzonder die die bij warmere, meer-praktische temperaturen werken - kunnen één manier zijn te gaan.

Laag-door-laag van Bozovic synthesemethode en capaciteit zouden de samenstelling van individuele lagen strategisch om te veranderen ook kunnen worden gebruikt om misschien andere elektronische fenomenen en eigenschappen te onderzoeken en te controleren die bij de interfaces tussen gelaagde materialen te voorschijn komen.

Last Update: 13. January 2012 14:38

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit