Использование точных методов для создания сверхпроводящих тонких пленок слой за слоем, физиков Министерства энергетики США (в DOE) Брукхейвенской национальной лаборатории выявили один слой ответственен за способность одного такого материала, чтобы стать сверхпроводящими, то есть проводить электрический ток без потребления энергии потери. Техника, описанная в 30 октября 2009 года, вопрос о науке, могут быть использованы для инженера ультратонкой пленки с "перестраиваемых" сверхпроводимости для более высокого КПД устройства электронные.
Этот рисунок показывает внутри камеры молекулярной лучевой эпитаксии тонких пленок, где строятся слой за слоем, показывая художников исполнение процесса синтеза пленок.
"Мы хотели, чтобы ответить на фундаментальный вопрос о таких фильмах", сказал Брукхейвенской физик и лидер группы Иван Божович. "А именно: как тонкая пленка может быть и по-прежнему сохраняют высокотемпературной сверхпроводимости?"
Чем тоньше материал (и выше его температуры перехода в сверхпроводнике), тем больше его потенциал для приложений, где сверхпроводимость можно управлять с помощью внешнего электрического поля. "Этот тип управления трудно достичь с помощью толстых пленок, так как электрическое поле не проникает в металл более чем нанометр или около того", Божович объяснил.
Чтобы исследовать пределы тонкости, группа Божович в синтезировали ряд фильмов на основе высокотемпературных сверхпроводящих купратов (медно-оксиды) - материалы, которые несут ток без каких-либо потерь энергии при охлаждении ниже определенной температуры перехода (Тс). Так как цинк, как известно, подавляет сверхпроводимость в этих материалах, ученые систематически заменить небольшое количество цинка в каждом из медно-оксидных слоев. Любой слой, где присутствие цинка было подавление эффекта было бы четко определены в качестве основных для сверхпроводимости в фильме.
"Наши измерения показали, что цинк допинга, по существу, никакого эффекта, кроме случаев, когда помещаются в единый, четкий слой. Когда цинка в этом слое, сверхпроводимость была значительно подавлена", Божович сказал.
Материал изучен команды Божович был необычен тем, что она состоит из слоев двух материалов, один металлический и один изоляционных, которые не являются сверхпроводниками сами по себе, а, скорее, выставки сверхпроводимости на границе между ними [см. http://www.bnl .gov / bnlweb / pubaf / PR / PR_display.asp? prID = 822].
Слой определены как необходимые для сверхпроводимости цинка замещение эксперимент представляет собой второе медно-оксидного слоя от интерфейса. Ученые обнаружили, что присутствие цинка не влияет на температуру перехода, при которых сверхпроводимость наступает, около 32 градусов Кельвина (-241 по Цельсию), кроме случаев, когда помещаются в данном слое. В последнем случае, ученые обнаружили резкое падение температуры перехода до 18 градусов Кельвина (-255 по Цельсию). Сокращение температура перехода обеспечивает четкое указание, что именно эта слой "горячих" ответственным за относительно высокой температуре, при которой сверхпроводимость обычно наступает при этом материал.
"Сейчас у нас чистые экспериментальных доказательств того, что высокотемпературная сверхпроводимость может существовать, неизменной, в одном медно-оксидного слоя", Божович сказал. "Эта информация дает важный вклад в наше теоретическое понимание этого явления".
Божович объяснил, что в материале он учился, электроны, необходимые для сверхпроводимости на самом деле происходят из металлического материала ниже интерфейсом. Они просачиваются в изоляционного материала выше интерфейс и достичь критического уровня в том, что второй медно-оксидного слоя.
Но в принципе, по его словам, Есть другие способы достижения той же концентрации электронов в одном слое, что, например, путем легирования достигается путем применения электрических полей. Это приведет к высокотемпературной сверхпроводимости в одной медно-оксидного слоя размером всего 0,66 нм.
С практической точки зрения, это открытие открывает путь к изготовлению электронных устройств с модуляцией, или перестраиваемых, сверхпроводящие свойства, которые можно управлять с помощью электрических или магнитных полей.
"Электронные устройства уже потребляют большую часть нашего потребления электроэнергии - и это быстро растет." Божович продолжается. "Очевидно, нам нужно будет менее прожорливых электроники в будущем". Сверхпроводники, которые работают без потери энергии - в особенности те, которые работают на более теплые, более-практическая температур - может быть один путь.
Слой за слоем Божович Метод синтеза и умение стратегически изменить состав отдельных слоев »может также использоваться для изучения и, возможно, контроль других электронных явлений и свойств, которые возникают на стыке слоистых материалов.