Od kilku dni w sieci można napotkać niezwykle hurraoptymistyczne artykuły, których głównym tematem jest Nadprzewodnictwo półprzewodników. Snute są wizje ultralekkich urządzeń bez żadnego chłodzenia i gigantycznej wydajności i z minimalnym zużyciem energii. A wszystko dlatego, że nadprzewodniki mają zerowy opór elektryczny, więc nie generują strat cieplnych. Jednak taki opis przyszłości jest niezwykle daleki od rzeczywistości. Czy to znaczy, że najnowsze odkrycie nie jest rewolucyjne? W żadnym wypadku! Jest to jednak rewolucja, która nie dotknie nas bezpośrednio.
Nadprzewodnictwo półprzewodników
No dobrze, zacznijmy od tego, czemu to odkrycie jest aż tak rewolucyjne, a dopiero potem przejdziemy do tego, dlaczego nie odmieni ono bezpośrednio naszego życia. Otóż nadprzewodniki to materiały, które w bardzo dużym uproszczeniu cechują się zerowym oporem elektrycznym. Oczywiście temat jest znacznie bardziej złożony, jednak ta wiedza wystarczy do zrozumienia znaczenia tego odkrycia. Materiały takie nie nadają się jednak do produkcji półprzewodników, ponieważ… no cóż, przewodzą prąd w obie strony, a półprzewodniki z grubsza przewodzą tylko w jedną.
Zobacz też: Naukowcy odkryli nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej – jest jednak spory haczyk
Dobrym przykładem są tu diody, które — tu też w dużym uproszczeniu — przewodzą w kierunku przewodzenia i nie przewodzą w kierunku zaporowym. Nadprzewodnictwo półprzewodników oznacza więc sytuację, w której materiał wykazuje zerowy opór w kierunku przewodzenia i nie przewodzi prądu w kierunku zaporowym. Do tej pory powszechnie uważano, że stworzenie takiego nadprzewodnika jest niemożliwe.
Zobacz też: Naukowcy odkryli nowy stan materii – czas działa dla niego inaczej
Udało się to jednak osiągnąć dzięki materiałom kwantowym. I chociaż brzmi to niezwykle tajemniczo, to tak naprawdę są to klasyczne materiały, ale o minimalnych możliwych rozmiarach. Naukowcy nazwali swoją nową konstrukcję Quantum Material Josephson Junctions i oparli ją na materiale kwantowym Nb3Br8. Ten, podobnie jak grafen jest materiałem dwuwymiarowym, o strukturze, która pozwala na złamanie symetrii nadprzewodnictwa. To oznacza, że z tego materiału można teoretycznie budować nie tylko diody, ale i tranzystory nadprzewodnikowe, a to oznacza nadprzewodnikową elektronikę, która będzie mogła być mniejsza, wydajniejsza, pozbawiona strat cieplnych a przy tym… będzie miała potężne chłodzenie.
Dlaczego nadprzewodnictwo półprzewodników nie ma zastosowania w elektronice domowej?
Na samym wstępie tekstu pominąłem jedną, kluczową cechę nadprzewodników: otóż to nie jest tak, że coś jest nadprzewodnikiem stale. Materiały wykazują takie cechy jedynie w konkretnych warunkach, a dokładniej rzecz biorąc w temperaturach. I to takich, które są niezwykle blisko zera bezwzględnego. Z tego też powodu nie mamy na przykład nadprzewodnikowych linii elektrycznych. Obecnie celem naukowców jest uzyskanie tak zwanych nadprzewodników o wysokiej temperaturze. Mowa tu o wykazywaniu właściwości nadprzewodnikowych w temperaturze aż 77… Kelwinów, czyli -192ºC.
Zobacz też: Intel wie, jak sprawić, żeby komputery kwantowe były małe i szybkie
Teoretycznie jest pewien nadprzewodnik, który działa w temperaturze zbliżonej do pokojowej, jednak wymaga on ciśnienia na poziomie miliony razy wyższym, niż w przeciętnym pokoju. Jest to więc ślepa uliczka rozwoju. Dobre wieści są więc takie, że do schłodzenia potencjalnego superkomputera opartego o tę technologię powinien wystarczyć ciekły azot. Z drugiej strony raczej nie mamy co oczekiwać, że rozwiązanie to wyjdzie poza superkomputery, lub duże serwerownie, a już na pewno nie trafi do laptopów i smartfonów.
Źródło: Tomshardware, smartgasm