Denne artikkelen er produsert og finansiert av NTNU - les mer.
Fysikere kan ha funnet en viktig bit i kvantedatamaskiner
Mange fysikere ønsker seg en triplet superleder. Dette kan gi enormt raske datamaskiner som nesten ikke bruker strøm.
Jacob Linder og kollegaene er på sporet av en triplet superleder. Men hva det er for noe? Den blå dingsen på bildet, vel! Den viser nettopp transformasjonen av en singlet superleder til triplet superleder. Klokere nå? Ikke? Resten du trenger å vite finner du i saken.(Foto: Geir Mogen / NTNU)
Den
kalles en «triplet superleder», og vi er nødt til å finne den om vi skal få
mest mulig effektiv teknologi i framtida.
– En triplet superleder står høyt på ønskelisten til mange fysikere innenfor fast-stoff fysikk. Materialer som er triplet superledere er også ønsket innen kvanteteknologi, mer spesifikt kvantedatamaskiner, sier professor Jacob Linder.
Han jobber ved Institutt for fysikk ved NTNU.
Nå er Linder og kolleger på sporet av nettopp denne triplet superlederen.
– Vi tror vi kan ha observert en triplet superleder, sier professor Linder.
– En av de store utfordringene innenfor kvanteteknologi er å greie å utføre dataoperasjoner på en tilstrekkelig nøyaktig måte, sier Jacob Linder.(Foto: Per Henning / NTNU)
Kan gjøre ustabil
teknologi stabil
Linder og
kollegene hans jobber med kvantefysikk i materialer og hvordan det kan brukes i
spinntronikk og kvanteteknologi.
Kortversjonen er at spinn er en egenskap ved elektroner som vi kan bruke til å overføre signaler på andre måter enn i vanlige datamaskiner i dag.
Se ytterligere forklaring i faktaboks under:
Spinn og spinntronikk
Spinn er en egenskap ved flere elementærpartikler. Dette er for eksempel partiklene som atomer er bygget opp av. Elektroner og fotoner kan ha spinn.
Denne typen spinn er grunnen til at noen materialer er magnetiske.
Spinntronikk er en alternativ teknologi til elektronikk, hvor vi kan bruke spinnet istedenfor elektrisk ladning for å overføre signaler.
Spinn kan også brukes
i kvanteteknologi, spesielt når det kombineres med superledere, men teknologien
er foreløpig frustrerende ustabil.
– En av
de store utfordringene innenfor kvanteteknologi er å greie å utføre
dataoperasjoner på en tilstrekkelig nøyaktig måte, sier Linder.
Og det er
der en triplet superleder kommer inn.
Sammen
med kollegaer i Italia som utførte eksperimenter, har Linder ved NTNU publisert
en artikkel i selveste Physical Review Letters, endatil med redaktørens
anbefaling. Ikke uten grunn.
– Triplet
superledere gjør spesielle fysiske fenomener mulige. Disse fenomenene har
viktige bruksområder innenfor kvanteteknologi og spinntronikk, sier Linder.
Hvorfor kan triplet superledere overføre spinn uten tap av energi?
Grunnen til at triplet superledere kan overføre spinn uten tap av energi, er fordi de superledende partiklene nå bærer med seg spinn.
Triplet superledere kan også brukes til å skape en veldig eksotisk type partikkel. Denne kalles en «Majorana-partikkel».
En Majorana-partikkel er sin egen antipartikkel. Derfor kan den utføre beregninger i en kvantedatamaskin på en stabil måte.
Superledere versus triplet
superledere
En vanlig
superleder kan overføre strøm, altså elektroner, uten målbar elektrisk
motstand. Dette er finfint, men ikke alltid godt nok.
Vanlige superledere er såkalte «singlet superledere». Det betyr forenklet sett at de superledende partiklene ikke har spinn.
I triplet superledere har derimot de superledende partiklene spinn.
Ved å plassere en superleder (S) mellom to ferromagneter (F), vil superledningen påvirkes av magnetiseringen (store, svarte piler). En triplet superleder påvirkes annerledes enn en vanlig superleder.(Illustrasjon: QuSpin / NTNU)
Så hva
betyr dette?
Annonse
– At
triplet superledere har spinn, gir en viktig konsekvens. Nå kan vi transportere
ikke bare elektriske strømmer, men også spinn-strømmer med eksakt null
motstand, sier Linder.
Om vi
oppdager en triplet superleder, blir det altså mulig å overføre informasjon ved
hjelp av spinn, og det helt uten tap av energi.
Dette handler altså om enormt raske datamaskiner som nesten ikke
bruker strøm.
NbRe er lovende for
triplet superledere
– I vår
vitenskapelige artikkel viser vi at materialet NbRe fremviser egenskaper som er
konsistent med triplet superledning, sier Linder,
NbRe er
en såkalt niob-rhenium-legering. Begge metallene er sjeldne. (Se faktaboks.)
– Det er
for tidlig å konkludere med at materialet er en triplet superleder. Funnet må
blant annet verifiseres av andre eksperimentelle grupper.
Det er også nødvendig
å utføre ytterligere tester for triplet superledning, sier Linder.
Han er
likevel forhåpningsfull.
– Vår
eksperimentelle artikkel viser at materialet oppfører seg helt annerledes enn
det vi ville forventet for en vanlig singlet superleder, sier Linder.
Fungerer når det er
ganske varmt, egentlig
– En
fordel med dette materialet er dessuten at det ikke blir superledende først ved
ultra-lave temperaturer, men at den blir superledende ved en ganske høy
temperatur, sier Linder.
Annonse
Forskeren har nok har et litt annet forhold til høy temperatur
enn de fleste.
For høy
temperatur her betyr 7 grader Kelvin, som altså er rett over det absolutte
nullpunktet på -273,15 grader Celsius.
Ifølge forskeren krever andre mulige kandidater for triplet
superledning nemlig rundt 1K, og da blir 7K nesten tropisk og svært
oppnåelig.
