وبلاگ

اخبار – با رشد نیازهای محاسبات صنعتی، اندازه و توان مصرفی سخت افزار مورد نیاز برای برآوردن این نیازها نیز افزایش می یابد. راه حل ممکن برای این معضل را می توان در مواد ابررسانا یافت که می توانند این مصرف انرژی را به طور تصاعدی کاهش دهند. تصور کنید یک مرکز داده غول پیکر پر از سرورهای دائماً در حال اجرا را تقریباً به صفر مطلق خنک کنید و محاسبات عظیم با بهره وری انرژی باورنکردنی را امکان پذیر کنید.

فیزیکدانان دانشگاه واشنگتن و وزارت انرژی ایالات متحده (گوزن) آزمایشگاه ملی آرگون کشفی کرده است که می تواند به ایجاد این آینده کارآمدتر کمک کند. محققان یک ماده ابررسانا را کشف کرده‌اند که به طور منحصربه‌فردی به محرک‌های خارجی حساس است و اجازه می‌دهد خواص ابررسانا به میل خود تقویت یا سرکوب شود. این امکان‌های جدیدی را برای مدارهای ابررسانای سوئیچ‌پذیر با انرژی کارآمد فراهم می‌کند. کاغذ بود منتشر شده در Science Advances.

ابررسانایی یک است کوانتومی فاز مکانیکی ماده که در آن جریان الکتریکی می تواند از ماده ای با مقاومت صفر عبور کند. این منجر به کارایی کامل حمل و نقل الکترونیکی می شود. ابررساناها در قوی ترین آهنرباهای الکتریکی برای فناوری های پیشرفته مانند تشدید مغناطیسی، شتاب دهنده های ذرات، راکتورهای همجوشی و حتی قطارهای شناور استفاده می شوند. ابررساناها همچنین کاربردهایی در محاسبات کوانتومی پیدا کرده اند.

“این ماده هیجان‌انگیز است زیرا شما رقابت تنگاتنگی بین فازهای متعدد دارید و با اعمال یک ولتاژ یا میدان مغناطیسی کوچک، می‌توانید یک فاز را بر فاز دیگر رشد دهید تا ابررسانایی روشن و خاموش شود. – شوا سانچز، دانشگاه واشنگتن

“این ماده هیجان‌انگیز است زیرا شما رقابت تنگاتنگی بین فازهای متعدد دارید و با اعمال یک ولتاژ یا میدان مغناطیسی کوچک، می‌توانید یک فاز را بر فاز دیگر رشد دهید تا ابررسانایی روشن و خاموش شود. – شوا سانچز، دانشگاه واشنگتن

الکترونیک امروزی از ترانزیستورهای نیمه هادی برای روشن و خاموش کردن سریع جریان های الکتریکی استفاده می کند و یک ها و صفرهای دودویی مورد استفاده در پردازش اطلاعات را ایجاد می کند. از آنجایی که این جریان ها باید از موادی با مقاومت الکتریکی محدود عبور کنند، بخشی از انرژی به صورت گرما از دست می رود. به همین دلیل است که کامپیوتر شما با گذشت زمان گرم می شود. دماهای پایین مورد نیاز برای ابررسانایی، معمولاً بیش از 200 درجه فارنهایت زیر صفر، این مواد را برای دستگاه‌های دستی غیرعملی می‌سازد. با این حال، آنها می توانند در مقیاس صنعتی مفید باشند.

تیم تحقیقاتی به رهبری شوا سانچز از دانشگاه واشنگتن، یک ماده ابررسانا غیرعادی با قابلیت تنظیم خارق العاده را بررسی کردند. این کریستال از ورقه های مسطح اتم های فرومغناطیسی یوروپیوم ساخته شده است که بین لایه های ابررسانای اتم های آهن، کبالت و آرسنیک قرار گرفته اند. به گفته سانچز، یافتن فرومغناطیس و ابررسانایی با هم در طبیعت بسیار نادر است، زیرا معمولاً یک فاز بر دیگری غالب است.

“سانچز گفت: «این در واقع یک وضعیت بسیار ناخوشایند برای لایه‌های ابررسانا است، زیرا آنها توسط میدان‌های مغناطیسی اتم‌های یوروپیوم اطراف ضربه می‌خورند.»“این امر ابررسانایی را ضعیف می کند و منجر به مقاومت الکتریکی محدود می شود.

برای درک تعامل این فازها، سانچز یک سال را به عنوان ساکن در یکی از برجسته ترین دستگاه های اشعه ایکس در کشور گذراند. منابع نورمنبع فوتون پیشرفته (APS)، آ گوزن تسهیلات کاربری دفتر علوم در Argonne. در حالی که او در آنجا مورد حمایت قرار گرفت گوزنبرنامه تحقیقاتی برای دانشجویان پژوهشگر. کار با فیزیکدانان در APS خطوط پرتو 4-ID و 6-IDسانچز یک پلتفرم توصیفی جامع ایجاد کرده است که قادر به بررسی جزئیات میکروسکوپی مواد پیچیده است.

سانچز و همکارانش با استفاده از ترکیبی از تکنیک های اشعه ایکس توانستند نشان دهند که اعمال میدان مغناطیسی روی کریستال می تواند خطوط میدان مغناطیسی یوروپیوم را به موازات لایه های ابررسانا تغییر جهت دهد. این اثرات متضاد آنها را از بین می برد و باعث ظهور حالت مقاومت صفر می شود. با استفاده از اندازه گیری های الکتریکی و تکنیک های پراکندگی اشعه ایکس، دانشمندان توانستند تایید کنند که می توانند رفتار مواد را کنترل کنند.

“ماهیت پارامترهای مستقل کنترل کننده ابررسانایی بسیار جذاب است زیرا می توان یک روش کامل برای کنترل این اثر ترسیم کرد.»“این پتانسیل چندین ایده جذاب را نشان می دهد، از جمله توانایی تنظیم حساسیت میدان برای دستگاه های کوانتومی.

سپس تیم ولتاژهایی را به کریستال اعمال کرد و نتایج جالبی گرفت. آنها دریافتند که ابررسانایی می تواند به اندازه کافی تقویت شود تا بر مغناطیس حتی بدون جهت گیری مجدد میدان غلبه کند، یا آنقدر ضعیف شود که جهت گیری مجدد مغناطیسی دیگر نتواند به حالت مقاومت صفر منجر شود. این پارامتر اضافی اجازه می دهد تا حساسیت ماده به مغناطیس کنترل و سفارشی شود.

“سانچز گفت: این ماده هیجان‌انگیز است زیرا شما رقابت تنگاتنگی بین چند فاز دارید و با اعمال یک تنش یا میدان مغناطیسی کوچک، می‌توانید یک فاز را بر فاز دیگر رشد دهید تا ابررسانایی را روشن و خاموش کنید.“جابجایی بیشتر ابررساناها چندان آسان نیست.

درباره منبع فوتون پیشرفته

منبع فوتون پیشرفته (APS) دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده در آزمایشگاه ملی آرگون یکی از پربازده‌ترین امکانات منبع نور پرتو ایکس در جهان است. APS پرتوهای ایکس با روشنایی بالا را برای جامعه متنوعی از محققان در علم مواد، شیمی، فیزیک ماده متراکم، علوم زیستی و محیطی، و تحقیقات کاربردی فراهم می کند. این اشعه ایکس برای مطالعه مواد و ساختارهای بیولوژیکی مناسب است. توزیع عنصری؛ حالت های شیمیایی، مغناطیسی، الکترونیکی؛ و طیف گسترده ای از سیستم های مهندسی مهم از نظر فن آوری از باتری ها به اسپری های انژکتوری که همگی زیربنای رفاه اقتصادی، فنی و فیزیکی کشور ما هستند. هر سال، بیش از 5000 محقق از APS برای تولید بیش از 2000 نشریه در توصیف اکتشافات چشمگیر و حل ساختارهای پروتئین بیولوژیکی مهم تری نسبت به کاربران هر مرکز تحقیقاتی منبع نور اشعه ایکس استفاده می کنند. دانشمندان و مهندسان APS در حال ابداع فناوری هستند که زیربنای عملیات پیشرفته شتاب دهنده و منبع نور است. این شامل دستگاه‌های درج می‌شود که پرتوهای ایکس بسیار درخشان تولید می‌کنند، لنزهایی که پرتوهای ایکس را تا چند نانومتر متمرکز می‌کنند، ابزارهایی که نحوه تعامل پرتوهای ایکس با نمونه‌های مورد مطالعه را به حداکثر می‌رسانند، و نرم‌افزاری که جمع‌آوری و مدیریت می‌کند. حجم وسیعی از داده های حاصل از اکتشافات در APS.

این تحقیق از منابع موجود در Advanced Photon Source، یک مرکز کاربری دفتر علوم DOE ایالات متحده که توسط آزمایشگاه ملی Argonne تحت قرارداد شماره DE-AC02-06CH11357 برای دفتر علوم DOE اداره می‌شود، استفاده کرد.

آزمایشگاه ملی آرگون به دنبال راه حلی برای مشکلات مبرم ملی در علم و فناوری است. اولین آزمایشگاه ملی کشور، Argonne، تحقیقات پایه و کاربردی پیشرو را در تقریباً هر رشته علمی انجام می دهد. محققان Argonne از نزدیک با محققین صدها شرکت، دانشگاه و سازمان های فدرال، ایالتی و شهرداری همکاری می کنند تا به آنها کمک کنند تا مشکلات خاص خود را حل کنند، رهبری علمی آمریکا را ارتقا دهند و کشور را برای آینده ای بهتر آماده کنند. با کارکنان بیش از 60 کشور، Argonne توسط مدیریت می شود UChicago Argonne, LLC برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده.

دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/scence.