Transistor a interferenza quantistica superconduttore termico

Tipica immagine al microscopio elettronico a scansione a colori (SEM) di un tipico T-SQUIPT. Il nanofilo di Al (giallo) viene inserito nell’anello di Al (blu), mentre il normale elettrodo di metallo (rosso) viene incanalato attraverso un sottile strato di ossido al centro del nanofilo. Un certo numero di sonde a tunnel superconduttive (gialle) sono collegate a un normale elettrodo di metallo են fungono da riscaldatori locali և termometri. Prestito: Ligato և altri.

I superconduttori sono materiali che possono raggiungere uno stato noto come superconduttività, in cui il materiale non ha resistenza elettrica e non consente la penetrazione di campi magnetici. A basse temperature, questi materiali sono noti per essere isolanti termici altamente efficaci; a causa del loro cosiddetto effetto legante, possono anche influenzare la densità dei fili metallici o superconduttori vicini.

I ricercatori dell’Istituto italiano di nanoscienze (CNR) և Scuola Normale Superiore hanno recentemente sviluppato un transistor che utilizza questa speciale qualità di superconduttori. Il loro transistor, chiamato transistor a interferenza quantistica superconduttore termico (T-SQUIPT), è presentato in un articolo pubblicato. Fisica della natura.

“Il nostro lavoro fa parte di uno studio fase-calorie-calorie-calorie che mira a implementare dispositivi in ​​grado di padroneggiare la trasmissione di energia in varie architetture di tecnologia quantistica su scala nanometrica”, ha affermato Francesco Giazotto, uno dei ricercatori di Phys. .org.

L’idea di base del transistor T-SQUIPT sviluppato da Giazotto և e dai suoi colleghi è quella di regolare le proprietà termiche di un metallo o superconduttore controllandone le caratteristiche spettrali attraverso un cosiddetto effetto superconduttore. In sostanza, il transistor utilizza la fase quantistica superconduttrice macroscopica per controllare la densità del metallo vicino al superconduttore, modulando così le sue proprietà di trasferimento del calore.

“T-SQUIPT è stato proposto per la prima volta in teoria da alcuni degli autori del nostro ultimo articolo qualche anno fa, o addirittura senza alcuna realizzazione concreta”, ha detto Giazotto. “La nostra introduzione di T-SQUIPT utilizza un lungo nanofilo superconduttore come elemento di prossimità, consentendoci di dimostrare la capacità di eliminare gradualmente le proprietà di trasferimento del calore del superconduttore per ‘renderlo’ la prima cella di memoria termica”.

I metalli ordinari sono noti per essere buoni conduttori sia di elettricità che di calore, poiché possono trasferire calore e caricare agli elettroni nei loro cristalli. Al contrario, sebbene i superconduttori siano buoni conduttori elettrici (cioè non mostrano resistenza zero), sono scarsi conduttori termici perché i principali “portatori liberi” nei loro cristalli sono coppie di Cooper. Le coppie di rame sono coppie di elettroni cariche che non possono trasferire calore perché non si disperdono per natura.

“Il concetto di base di T-SQUIPT è un’isola in alluminio nanoscopico (Al), che può essere realizzata come un superconduttore o un metallo ordinario con interferenza quantistica, risultando in due conduttori superconduttori che definiscono l’anello, in buon contatto metallico con l’isola. ” ha spiegato Giazotto.

“La superconduttività per gli interi quantistici della corrente che scorre attraverso la giunzione del superconduttore aumenta e l’isola si comporta come un buon isolante. Nel caso di valori semidigitali del quanto di flusso, la superconduttività è idealmente soppressa, և l’isola si comporta bene come conduttore di calore. »:

Questo design unico, introdotto per la prima volta dai ricercatori in un articolo del 2014, consente loro di sopprimere o amplificare la superconduttività nei loro transistor semplicemente applicando un campo magnetico esterno. Di conseguenza, la conducibilità termica dell’isola di alluminio nel transistor può essere completamente manipolata, trasformandola in una cosiddetta valvola termica.

Come parte del loro ultimo studio, Giazotto և e i loro colleghi hanno dimostrato questa capacità del loro transistor immergendo il calore da un elettrodo metallico al suo interno, anch’esso collegato a un’isola di alluminio tramite il contatto del tunnel. In generale, le loro scoperte dimostrano le qualità di trasferimento di energia dei dispositivi quantistici e la fattibilità della manipolazione passo dopo passo.

“T-SQUIPT apre la strada all’implementazione di strutture in cui la gestione del trasporto di calore ci consente di immaginare di implementare imitazioni termiche di dispositivi elettronici come transistor termici, memorie, porte logiche և motori termoelettrici”, ha affermato Giazotto. “Da un punto di vista fondamentale, il nostro metodo dimostra la possibilità di studiare modalità quantistiche non caricate in sistemi a stato solido, come stati relativi a Majorana, parafarmioni, che non possono essere rilevati dalle tecniche convenzionali di trasferimento di carica”.

In futuro, il transistor T-SQUIPT potrebbe aprire la strada all’implementazione di una serie di nuovi dispositivi. L’ultimo documento amplia anche l’attuale comprensione del trasferimento di energia su scala nanometrica, migliorando così potenzialmente la sua gestione.

Un recente lavoro di Giazotto և e dei suoi colleghi potrebbe ispirare nuove ricerche sulle proprietà termodinamiche quantistiche dei nanosistemi superconduttori. Nel loro prossimo studio, il team dell’Istituto Nanoscienze (CNR) և Scuola Normale Superiore cercherà di migliorare le prestazioni di T-SQUIPT migliorando il design della valvola termica utilizzando materiali superconduttori che ne consentono l’uso a più temperature. Scala di Calvino.

“Abbiamo anche in programma di studiare la risposta temporale della cella di memoria per studiarne il tempo di scrittura/cancellazione e la capacità di archiviare dati crittografati per diversi giorni”, ha aggiunto Giazotto. “Questo sarà il prossimo passo importante nell’implementazione pratica dei calcoli termici e delle architetture logiche di memoria”.


Un transistor di calore quantistico può controllare le correnti di calore


Informazioni aggiuntive.
Nadia Ligato et al., Transistor a interferenza quantistica superconduttore, Fisica della natura (2022). DOI: 10.1038 / s41567-022-01578-z:

E. Strambini et al, Nanovalvola di prossimità con conduttività termica regolata in grande fase, Lettere di Fisica Applicata (2014). DOI: 10.1063 / 1.4893759:

© 2022 Scienza X Rete:

Citazione:Transistor a interferenza quantistica a superconduttore termico (2022, 5 maggio) Estratto il 6 maggio 2022: https://phys.org/news/2022-05-thermal-superconducting-quantum-proximity-transistor.html

Questo documento è soggetto a copyright. Nessuna parte di questa transazione può essere riprodotta senza la nostra autorizzazione scritta, fatta eccezione per qualsiasi transazione o ricerca privata. Il contenuto è solo a scopo informativo.

Leave a Comment

Your email address will not be published.