Weerstand is nutteloos: zet in op supergeleidende diodes

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 21-05-2025

Schematische weergave van het supergeleidende diode-effect veroorzaakt door kwantumwervelingen. [Afbeelding: Junichi Shiogai]

Supergeleidende diode

Japanse onderzoekers zijn erin geslaagd de richting te bepalen waarin elektrische stroom door een supergeleider stroomt. Ze hebben daarmee een supergeleidende diode gecreëerd: een diode is een eenvoudig elektronisch onderdeel, waarbij twee diodes samen een transistor vormen.

Met andere woorden: het nieuwe onderdeel combineert de ongeëvenaarde efficiëntie van een supergeleider, die elektriciteit geleidt zonder weerstand, met de flexibiliteit en regelbaarheid van een halfgeleider .

De stroom van elektrische stroom in een bepaalde richting, een verschijnsel dat gelijkrichting wordt genoemd, werd bereikt in een heterojunctie, een verbinding van twee verschillende materialen, in dit geval Fe(Se,Te) en FeTe.

"Als het om supergeleiders gaat, is de materiaalkeuze cruciaal", legt Junichi Shiogai van de Universiteit van Osaka uit. IJzerselenidetelluride heeft ideale eigenschappen, zoals een hoge overgangstemperatuur, een kritisch magnetisch veld en een kritische stroomdichtheid. Dit betekent dat het bereik van parameters waarbij het effect kan optreden breed is, wat ons de beste kans op succes geeft.

Wanneer de heterostructuur onder een magnetisch veld wordt geplaatst, vindt er namelijk een significante verandering in de richting van de stroom plaats. Het effect wordt sterker naarmate de sterkte van het magnetische veld toeneemt en de temperatuur afneemt.

Het lijkt erop dat de spin-baaninteractie van het Rashba-type de oorsprong is van de asymmetrische vortexdynamiek. [Afbeelding: Yusuke Kobayashi et al. - 10.1038/s42005-025-02118-w]

Asymmetrische kwantumwervelingen

Door de gegevens te analyseren terwijl de parameters werden gevarieerd (magnetische veldsterkte en temperatuur) kon het team een ​​coherente verklaring voor het effect bedenken.

"Tot nu toe was het werkingsmechanisme van dit effect een mysterie", aldus Shiogai. "Onze experimenten laten zien dat het vastzetten van kwantumwervelingen, gegenereerd door het magnetische veld, een cruciale rol speelt."

Het team ontdekte dat een sterke spin-baaninteractie het asymmetrische vastzetpotentieel verandert, zodat wervelingen in de ene richting meer vastgezet blijven dan in de andere. Hierdoor ontstaat de symmetriebreking die nodig is om gelijkrichting uit te voeren. Deze hypothese werd bevestigd door de sterke lineaire correlatie tussen diode-efficiëntie en polarisatie-intensiteit.

"We zijn optimistisch dat deze resultaten kunnen worden toegepast om een ​​ideaal gelijkrichtapparaat te ontwikkelen dat de weg vrijmaakt voor ultra-laagvermogen elektronica opgebouwd uit supergeleiders", aldus Shiogai.

Sterker nog, supergeleidende diodes zullen naar verwachting het energieverbruik in de computertechnologie drastisch verminderen . Opmerkelijk is dat bijna een eeuw lang werd gedacht dat de supergeleidende diode onmogelijk zou zijn , totdat in 2022 de eerste werd gebouwd.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen