MIT科學(xué)家發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體定律

　　超導(dǎo)體(superconductor)又有新消息!這次是美國麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)現(xiàn)了一種支配薄膜超導(dǎo)體的定律，能為開發(fā)能偵測小至單一光子、大至反潛魚雷(squid)之超高精確度超導(dǎo)光學(xué)偵測器(superconducting photodetector)的廠商減少許多嘗試錯誤的步驟。

　　其他可受益的應(yīng)用可能還包括美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)所使用的電壓標(biāo)準(zhǔn)晶片(voltage standard chip)、D-Wave Systems開發(fā)的世界首套量子電腦，以及Hypres提供的眾多氣象應(yīng)用程式。MIT電子工程教授Karl Berggren表示：“薄膜超導(dǎo)體的應(yīng)用包括反潛魚雷、光學(xué)偵測器、電壓標(biāo)準(zhǔn)、氣象以及D-Wave的量子電腦;”他的助手是MIT電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Yachin Ivry。

　　目前在制作薄膜超導(dǎo)體方面，往往涉及大量的嘗試錯誤過程，因?yàn)闆]有與不同參數(shù)相關(guān)聯(lián)的方程式;不過藉由 MIT新開發(fā)的數(shù)學(xué)定律，新的超導(dǎo)晶片就能以利用Berggren與Ivry的方程式所計(jì)算出的正確參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì);Berggren表示：“了解超導(dǎo)薄膜關(guān)鍵溫度(critical temperature)、電阻率以及薄膜厚度之間的關(guān)系，能讓設(shè)計(jì)變得更容易。”

　　而其中最重要的參數(shù)也許是關(guān)鍵溫度──也就是材料會轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)體的溫度;不過雖然該溫度值能藉由MIT新發(fā)明的方程式來最佳化，遺憾的是還無法降低到室溫。Berggren表示：“我們能最佳化關(guān)鍵溫度，但遺憾的是，薄膜越薄，關(guān)鍵溫度才能越低。”

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　　超薄的鈮(niobium)與氮(nitrogen)超導(dǎo)薄膜會顯示出個別原子，這個觀點(diǎn)讓MIT發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的通用定律 (圖片來源：MIT, Yachin Ivry)

　　不過超冷卻(super-cooled)超導(dǎo)體晶片能被更好地設(shè)計(jì)應(yīng)用于量子運(yùn)算、整合式超低功耗元件等應(yīng)用。據(jù)了解，Berggren的實(shí)驗(yàn)室──量子奈米架構(gòu)與奈米結(jié)構(gòu)小組(Quantum Nanostructures and Nanofabrication Group)，也是Ivry工作的地方──已經(jīng)打造出耗電量僅有相同功能非超導(dǎo)晶片百分之一的晶片。

　　該研究小組最近測試的材料是氮化鈮(niobium nitride)，是一種所謂的高溫超導(dǎo)體;透過將三個參數(shù)──關(guān)鍵溫度、薄膜厚度與電阻率──中的兩個保持恒定，研究人員發(fā)現(xiàn)在三個參數(shù)與一個常數(shù)之間有明顯的關(guān)系。其論文可點(diǎn)擊此連結(jié)免費(fèi)下載閱讀。

　　接下來研究人員也在其他材料的超導(dǎo)體上嘗試新定律，并發(fā)現(xiàn)它在數(shù)十種不同的超導(dǎo)體也是有效的;其中每一種超導(dǎo)體在相同的方程式下有不同的常數(shù)，取決于其晶格規(guī)則。