สนามแม่เหล็กขนาดใหญ่มักจะเป็นตัวทำลายความเป็นตัวนำยิ่งยวด แต่นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้ประดิษฐ์วัสดุที่เป็นตัวนำยิ่งยวดพร้อมกันและแสดงผลควอนตัมฮอลล์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ต้องใช้สนามแม่เหล็กแรงสูง วัสดุใหม่นี้ทำจากชั้นแกลเลียมไนไตรด์และไนโอเบียมไนไตรด์ระดับนาโน สามารถใช้สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม “ทอพอโลยี” และสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประหยัดพลังงาน
มากขึ้น
ควอนตัมฮอลล์เอฟเฟ็กต์เกิดขึ้นเมื่อกระแสไหลผ่านตามความยาวของแผ่นตัวนำแบบบาง ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำอย่างยิ่งบนพื้นผิวตรงข้ามของแผ่น แรงดันไฟฟ้านี้เกิดขึ้นเมื่อใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงในแนวตั้งฉากกับแผ่นงานเท่านั้น และจะถูกวัดปริมาณ นั่นคือ มันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในขั้นตอน
ที่ไม่ต่อเนื่องเท่านั้น ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งคือสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์บนพื้นผิวของแผ่นสองมิติ (2D) ถูกกล่าวว่าเป็น “การป้องกันโทโพโลยี” การป้องกันนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนในสถานะ “ขอบ” เหล่านี้สามารถเดินทางได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น และพวกมันยังหลีกเลี่ยงความไม่สมบูรณ์
ข้อบกพร่องในวัสดุโดยไม่มีการกระเจิงกลับ เนื่องจากการกระจายกลับเป็นกระบวนการหลักในการกระจายพลังงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สถานะที่ได้รับการป้องกันดังกล่าวจึงอาจเป็นส่วนประกอบที่มีประโยชน์ในอุปกรณ์ประหยัดพลังงานรุ่นต่อไป ประโยชน์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือขอบอิเล็กตรอน
ที่มีโมเมนตัมแน่นอนไม่สามารถกระจายเข้าสู่สถานะที่มีโมเมนตัมตรงกันข้าม (หรือสปิน) เนื่องจากจะต้องพลิกสปิน สถานะที่ได้รับการปกป้องด้วยทอพอโลยีอาจเหมาะสำหรับการใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งข้อบกพร่องมักจะทำลายข้อมูลที่อยู่ในสถานะสปินของอิเล็กตรอน
สถานะอิเล็กตรอนตัวนำยิ่งยวดที่ได้รับการป้องกันด้วยทอพอโลยี ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยพยายามสร้างโครงสร้างเฮเทอโร เซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติที่เติบโตบนตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสถานะของอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นกระแสตัวนำยิ่งยวดก็ได้รับการปกป้องทอพอโลยีเช่นกัน กระแสน้ำยิ่งยวดนี้มาจาก
อิเล็กตรอน
ที่มีสปินตรงข้ามซึ่งจับคู่กันและสามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุได้โดยไม่มีแรงต้านทานใด ๆ ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตที่กำหนด อย่างไรก็ตาม วัสดุที่สามารถรองรับกระแสยิ่งยวดดังกล่าวมีจำกัด เนื่องจากสนามแม่เหล็กที่จำเป็นในการสร้างเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์จะทำลายความเป็นตัวนำยิ่งยวด
ไม่ว่าจะโดยการแยกคู่อิเล็กตรอนหรือพยายามทำให้อิเล็กตรอนทั้งสองหมุนไปในทิศทางเดียวกัน กระบวนการเติบโตที่ปรับเปลี่ยน ในงานวิจัยชิ้นใหม่นี้ นักวิจัยได้ออกแบบโครงสร้าง จากชั้นระดับนาโนของสารกึ่งตัวนำแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) บนไนโอเบียมไนไตรด์ (NbN) ที่มีตัวนำยิ่งยวด
วัสดุทั้งสองนี้มีโครงสร้างผลึกและคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายคลึงกัน และ งาน ก่อนหน้านี้โดยทีมเดียวกันได้แสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถสร้างเป็นโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างแบบชั้นโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า วัสดุเหล่านี้มักใช้ในไดโอดเปล่งแสงและทรานซิสเตอร์สำหรับผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น สมาร์ทโฟน
และไฟบ้าน และทีมงานเลือกวัสดุเหล่านี้ส่วนหนึ่งเนื่องจากมีความแข็งแรง อย่างไรก็ตาม พวกมันมีข้อบกพร่องทางโครงสร้างมากกว่าวัสดุที่มีความสำคัญทางเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น ซิลิกอน เพื่อลดจำนวนข้อบกพร่องและสร้างโครงสร้าง ที่มีคุณภาพสูงขึ้น นักวิจัยได้ปรับเปลี่ยนกระบวนการเติบโตที่ใช้
“หน้าต่าง”
แคบของอุณหภูมิและสนามแม่เหล็ก นักวิจัยใช้การวัดความต้านทานเทียบกับแรงดันเกทที่อุณหภูมิ 390 mK แสดงให้เห็นว่าตัวนำยิ่งยวดในชั้น NbN ที่ปรับปรุงแล้วสามารถอยู่รอดได้ในสนามแม่เหล็กที่ใช้สูงถึง 17.8 เทสลา ในขณะเดียวกัน สารกึ่งตัวนำ GaN ที่ได้รับการปรับปรุงนั้นมีคุณภาพ
ที่สูงพอที่จะแสดงผลควอนตัมฮอลล์ที่สนามแม่เหล็กที่ใช้ต่ำกว่า 15 ตัน “การปรับปรุงทั้งสองนี้หมายถึงเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์และตัวนำยิ่งยวดสามารถเกิดขึ้นได้ในเวลาเดียวกันในโครงสร้าง หน้าต่างของอุณหภูมิและสนามแม่เหล็ก ในการศึกษาก่อนหน้านี้ การปรับเปลี่ยนนี้ยังช่วยให้พวกเขาออกแบบ
ใหม่สามารถใช้ในควอนตัมคอมพิวติ้งและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอุณหภูมิต่ำได้ การรายงานผลงานของพวกเขาใน นักวิจัยกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวนำยิ่งยวดและเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ในเอกสารนี้เพิ่มเติมตำแหน่งของอิเล็กตรอนบนยอด ได้อย่างแม่นยำ
และหน่วยความจำที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง ขั้นตอนต่อไปคือการเพิ่มประสิทธิภาพสื่อจัดเก็บข้อมูล เพื่อสาธิตระบบเหล่านี้นอกสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการ และออกแบบและสร้างระบบด้วยต้นทุนที่แข่งขันได้กับเทคโนโลยีที่มีอยู่ หากมีวัสดุบันทึกที่เหมาะสม
จากความพยายามในการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ หน่วยความจำโฮโลแกรม ดิสก์ 3 มิติ และเครื่องค้นหาฐานข้อมูลอาจกลายเป็นจริงได้การค้นคืนแบบเชื่อมโยงด้วยหน่วยความจำทั่วไปหรืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล ผู้ใช้ต้องระบุที่อยู่ซึ่งเป็นที่ตั้งของข้อมูลที่ต้องการ ในการจัดเก็บข้อมูลโฮโลกราฟิกแบบปริมาตร
หมายความว่าข้อมูลซึ่งครั้งหนึ่งเคยประทับบนลำแสง “วัตถุ” และจัดเก็บไว้ภายในวอลุ่ม สามารถอ่านออกได้ในภายหลังโดยการให้แสงในวอลุ่มด้วยลำแสงอ้างอิง “ที่อยู่” ที่ถูกต้อง (รูปที่ 1a และ ข). อย่างไรก็ตาม โฮโลแกรมนี้ยังสามารถส่องสว่างโดยลำแสงวัตถุเพื่อสร้างลำแสงอ้างอิงแบบหลายมุม
แบบหลายมุมขึ้นใหม่ทั้งหมดที่ใช้ในการบันทึกหน้าข้อมูลลงในไดรฟ์ข้อมูล (รูปที่ 1d) ปริมาณพลังงานที่กระจายไปในลำแสง “เอาต์พุต” แต่ละลำจะแปรผันตามความคล้ายคลึงกันระหว่างหน้าข้อมูลอินพุตที่แสดงบนตัวดัดแปลงแสงเชิงพื้นที่และหน้าข้อมูลที่เก็บไว้ ลำแสงเอาต์พุตแต่ละชุดสามารถโฟกัสไป
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
