
超伝導に関する話題がニュースを駆け巡る中(LK-99、君のことだよ)、他の話題を見過ごしてしまいがちだ。しかし、科学は常にあらゆる場所で起こっている。マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームが、電子機器のエネルギー効率と熱効率を向上させる超伝導デバイスを開発した。この研究はPhysical Review Lettersのオンライン版に掲載された。
LK-99(現在も複雑な複製と査読プロセスが進行中)と同様に、MIT設計のダイオード(一種のスイッチングデバイス)も設計の初期段階にあります。それでもなお、Jagadeesh Moodera氏(筆頭著者)らは、このダイオードは電流伝送(および損失防止)において、従来のダイオードアーキテクチャと比較して既に2倍の効率を示しており、特性改善のための設計余地が十分に残されていると述べています。
ダイオードはあらゆるチップの重要な部品であり、回路設計に不可欠な要素です。トランジスタはチップ内の低抵抗回路から高抵抗回路への入力信号を増幅するためによく使用されますが、ダイオードは電圧安定器として、あるいは一方向バルブ(電流を一方向にのみ流す)として使用できます。どちらの用途にも、この新しい超伝導設計の恩恵がもたらされると思われます。
チップ設計は、電気損失によって発生する熱量によって強制的に制約されるため (この問題には、ますます複雑化するトランジスタ設計と、限定的にこれらの問題に対処する新しい冷却技術が伴う)、コンピューティングと熱効率の向上における無損失ダイオードの利点を過小評価すべきではありません。
超高効率ダイオードの製造には、超伝導体の特性すべてが必要でした。MITの研究チームは、ダイオードデバイスのエッジ間のわずかな差を最適化できることを示しました(鋸歯状のエッジを追加したり、その他の変形を適用したりすることで)。そのため、この設計は依然として最適化の余地があります。設計のバリエーションは膨大であり、最適な非対称構成を見つけるには限られた時間しかありません。
この設計上の奇妙な点は、材料の微細な違いでさえも不均衡な結果をもたらす可能性があることを示しています。これらのダイオードは、マイスナー効果や、既存の磁場に磁束を固定する能力(磁束ピンニングとして知られる)といった超伝導特性も備えています。
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SciTechDailyの取材に対し、ドイツのマックス・プランク物質構造・ダイナミクス研究所所長で、今回の研究には関与していないフィリップ・モル氏は、MITチームの論文は超伝導ダイオードが今や「工学的観点から完全に解決された問題」であることを示すものだと述べた。また、モル氏は、この設計によって示された記録的な効率は「何も試みることなく」達成されたもので、構造は「まだ最適化には程遠い」と付け加えた。これは非常にスマートな(とはいえ、依然としてハードサイエンスではあるが)科学と言えるだろう。
重要なのは、研究チームによると、この超伝導ダイオードは堅牢で、広い温度範囲で動作可能であり、新たな技術や設計への可能性を開く可能性があるということです。さらに、この発見の関連性を高めるものとして、エンジニアたちは、これらのダイオードの設計はシンプルで互換性があるため、容易に拡張可能であり、1枚のシリコンウエハーから数百万個を製造できると述べています。
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Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。