محققان به سرپرستی پروفسور هاروارد، فیلیپ کیم، روش جدیدی را برای ایجاد و دستکاری دسته ای از ابررساناهای با دمای بالاتر موسوم به cuprates ابداع کرده اند. این تیم با استفاده از تکنیک منحصر به فرد ساخت در دمای پایین به این موفقیت دست یافتند که در نتیجه یک دیود ابررسانا با دمای بالا ساخته شده از کریستال های نازک کوپرات به دست آمد. این دیود به عنوان یک سوئیچ عمل می کند و به جریان اجازه می دهد در یک جهت جریان یابد و پتانسیل پشتیبانی از فناوری های نوظهور مانند محاسبات کوانتومی را دارد.
کوپرات ها اکسیدهای مسی هستند که در دمای نسبتاً بالاتری نسبت به سایر ابررساناها، ابررسانایی از خود نشان می دهند. آزمایشات این تیم بر روی یک کوپرات خاص به نام اکسید مس کلسیم بیسموت استرانسیوم (BSCCO) متمرکز شد. با دستکاری دقیق ساختار کریستالی BSCCO در دماهای بسیار پایین، محققان یک رابط تمیز بین دو لایه بسیار نازک از مواد ایجاد کردند. این رابط ابررسانایی را حتی در محل اتصال شکننده حفظ کرد.
این تیم یک کشف مهم انجام داد: حداکثر ابر جریان عبوری از رابط بسته به جهت جریان متفاوت بود. علاوه بر این، آنها کنترل الکترونیکی بر حالت کوانتومی سطحی را با معکوس کردن قطب فعلی نشان دادند. این پیشرفت به آنها اجازه داد تا یک دیود ابررسانا با دمای بالا ایجاد کنند که پیامدهای مهمی برای فناوری‌های محاسباتی آینده مانند بیت‌های کوانتومی دارد.
محققان با تیم‌های دیگر، از جمله تیم‌هایی از دانشگاه بریتیش کلمبیا و دانشگاه راتگرز، همکاری کردند تا محاسبات نظری را توسعه دهند که به دقت رفتار ابررسانای کوپرات را در زوایای مختلف پیچش پیش‌بینی می‌کرد. مشاهدات تجربی نیز توسط تحولات نظری جدید از دانشگاه کانکتیکات پشتیبانی شد.
این تحقیق گامی مهم به سمت مهندسی مواد ابررسانا در دماهای بالاتر است. توانایی کنترل و دستکاری ابررسانایی در کپرات ها، فرصت هایی را برای بررسی فازهای توپولوژیکی و حالت های کوانتومی که از عیوب محافظت می شوند، باز می کند. در نهایت، این یافته‌ها به توسعه مداوم فناوری‌های پیشرفته که بر ابررسانایی تکیه دارند کمک می‌کند و راه را برای پیشرفت‌های آینده در محاسبات و زمینه‌های مرتبط هموار می‌کند.
منبع
S. Y. Frank Zhao et al, Time-reversal symmetry breaking superconductivity between twisted cuprate superconductors, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abl8371
