Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Półprzewodnik nadprzewodnikiem

Recommended Posts

Uczonym z Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) udało się, po raz pierwszy w historii, zmusić german do wykazania właściwości nadprzewodnika. Większość substancji chemicznych staje się nadprzewodnikami w bardzo niskich temperaturach lub pod bardzo wysokim ciśnieniem. Dotychczas jednak najczęściej używane w elektronice materiały - miedź, srebro, złoto czy german - nie wykazywały właściwości nadprzewodzących.

Dlatego też badania niemieckich uczonych są tak istotne. Pozwolą bowiem zrozumieć, w jaki sposób z półprzewodnika można uczynić nadprzewodnik.

Czyste półprzewodniki, takie jak krzem czy german, w niskich temperaturach niemal nie przewodzą prądu. Czynią to dopiero po wzbogaceniu atomami innych pierwiastków. Jednak by uzyskać nadprzewodnik z półprzewodnika konieczne jest wzbogacenie go olbrzymią liczbą obcych atomów, często większą, niż półprzewodnik jest w stanie przyjąć.

Specjaliści z FZD wzbogacili german niemal sześcioma procentami galu. Na każde sto atomów germanu przypadało zatem prawie sześć galu. Udowodnili następnie, że warstwa germanu o grubości zaledwie 60 nanometrów może stać się nadprzewodnikiem.

Jednak sam proces wzbogacania nie był łatwy. Jako że wprowadzanie obcych jonów mocno niszczyło powłokę germanu, należało ją następnie naprawić. W tym celu na FZD skonstruowano specjalną lampę, która na kilka milisekund mocno ogrzewała uszkodzone fragmenty kryształu, prowadząc do naprawienia się uszkodzeń.

Wzbogacony german wykazywał właściwości nadprzewodzące w temperaturze 0,5 Kelvina. Uczeni twierdzą, że zmieniając różne parametry podczas wprowadzania jonów i wyżarzania lampą, będą w stanie podnieść tę temperaturę.

Prace nad germanem dopiero się zaczynają. Co prawda był on tym materiałem, z którego budowano pierwsze tranzystory, jednak szybko został porzucony na rzecz krzemu. Obecnie wraz z postępem miniaturyzacji zbliżamy się do granicy, poza którą krzem, ze względu na swoje fizyczne właściwości, będzie ograniczał rozwój elektroniki. Stąd renesans germanu, który pozwoli na budowanie szybszych układów scalonych. Stąd też badania nad nadprzewodnictwem germanu.

Niemcy nie są pierwszymi, którzy próbują stworzyć nadprzewodzące półprzewodniki. Przed dwoma laty naukowcy z Francji wzbogacili krzem borem uzyskując w ten sposób nadprzewodnik.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z University of Rochester poinformowali o stworzeniu pierwszego w historii nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej. Uzyskany przez nich związek wodoru, węgla i siarki wykazuje właściwości nadprzewodzące w temperaturze dochodzącej do 15 stopni Celsjusza. Po raz pierwszy w historii można rzeczywiście stwierdzić, że osiągnięto nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, mówi Ion Errea z Uniwersytetu Kraju Basków, fizyk-teoretyk zajmujący się materią skondensowaną. Wyniki badań opublikowano na łamach Nature.
      Naukowcy od dawna poszukują nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej. Materiały takie zrewolucjonizowałyby wiele dziedzin życia. Pozwoliłyby na bezstratne przesyłanie energii liniami wysokiego napięcia, budowę lewitujących pociągów wielkich prędkości czy stworzenie znacznie bardziej wydajnych komputerów. Niestety, opracowany przez Amerykanów materiał nigdy nie posłuży do stworzenia wspomnianych urządzeń, gdyż wykazuje właściwości nadprzewodzące przy ciśnieniu sięgającym 75% ciśnienia panującego w ziemskim jądrze.
      Ludzie od dawna marzą o nadprzewodnikach. Dlatego też mogą nie docenić tego, co zostało osiągnięte, gdyż potrzebujemy do tego wysokich ciśnień, mówi Chris Pickard z University of Cambridge.
      Teraz, gdy udowodniono, że nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej jest możliwe, należy jeszcze znaleźć materiał, który będzie nadprzewodnikiem przy ciśnieniu atmosferycznym. Na szczęście niektóre cechy nowego związku sugerują, że możliwe będzie znalezienie odpowiedniego materiału.
      Opór elektryczny to zjawisko, które ma miejsce, gdy przemieszczające się elektrony zderzają się z atomami metalu, w którym podróżują. W 1911 roku odkryto, że w niskich temperaturach elektrony wywołują drgania w sieci atomowej metallu, a w wyniku tych drgań elektrony łączą się w pary Coopera. Różne prawa fizyki kwantowej powodują, że pary takie przemieszczają się przez sieć krystaliczną metalu, nie napotykając na żaden opór. Jakby jeszcze tego było mało, tworzą one „nadprzewodzący płyn”, który posiada silne pole magnetyczne, pozwalające np. na osiągnięcie magnetycznej lewitacji nad nadprzewodzącymi szynami kolejowymi.
      W 1968 Neil Ashcroft z Cornell University stwierdził, że w osiągnięciu nadprzewodnictwa powinny pomóc atomy wodoru. Co prawda potrzeba jest niezwykle wysokich ciśnień, by uzyskać sieć krystaliczną wodoru, jednak praca Ashcrofta dawała nadzieję, że uda się znaleźć taki związek wodoru, dzięki któremu będzie to możliwe przy niższych ciśnieniach.
      Szybkich postępów zaczęto dokonywać w XXI wieku, kiedy to z jednej strony pojawiły się potężniejsze komputery, pozwalające na przeprowadzanie teoretycznych obliczeń i warunków, jakie powinny być spełnione, by osiągnąć nadprzewodnictwo, z drugiej zaś rozpowszechniło się użycie kompaktowych komór diamentowych, pozwalających na osiąganie bardzo wysokich ciśnień.
      Badania tego typu są bardzo kosztowne, o czym świadczy chociażby przykład z Rochester. Zespół naukowy, który pochwalił się osiągnięciem nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej, posiłkował się obliczeniami i intuicją. Podczas prac testowano wiele związków wodoru, z różną zawartością wodoru. Konieczne było bowiem znalezienie odpowiednich proporcji tego pierwiastka.
      Jeśli będziemy mieli zbyt mało wodoru, nie uzyskamy dobrego nadprzewodnika. Jeśli będzie go zbyt dużo, to formę metaliczną przybierze on przy ciśnieniach, które niszczą diamentowe ostrza komory. W czasie swoich badań uczeni zniszczyli dziesiątki par takich ostrzy, z których każda kosztuje 3000 USD. Budżet na diamenty to największy problem, przyznaje Ranga Dias, szef zespołu badawczego.
      Dzisiejszy sukces był możliwy dzięki wykorzystaniu osiągnięć niemieckich naukowców, którzy w 2015 roku uzyskali nadprzewodzący siarkowodór w temperaturze -70 stopni Celsjusza. Amerykanie również rozpoczęli swoją pracę od siarkowodoru. Dodali do niego metan, a całość przypiekli laserem. Byliśmy w stanie wzbogacić całość i wprowadzić do systemu odpowiednią ilość wodoru, by utrzymać pary Coopera w wysokich temperaturach, wyjasnia Ashkan Salamat.
      Naukowcy przyznają, że nie wiedzą dokładnie, jak wygląda ich materiał. Wodór jest zbyt mały, by było go widać w standardowym próbkowaniu struktury, nie wiadomo zatem, jak dokładnie wygląda sieć krystaliczna uzyskanego związku, ani nawet jaka jest jego dokładna formuła chemiczna. Uzyskane wyniki nie do końca zgadzają się też z wcześniejszymi teoretycznymi przewidywaniami. Niewykluczone, że wysokie ciśnienie w jakiś nieprzewidywalny sposób zmieniło badaną substancję, dzięki czemu udało się uzyskać tak dobre nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej.
      Obecnie Dias i jego grupa pracują nad dokładnym określeniem budowy swojej substancji. Gdy już będą to wiedzieli, teoretycy będą mogli przystąpić do obliczeń, pozwalających na dalsze udoskonalenie przepisu na nadprzewodnik w temperaturze pokojowej.
      Dotychczas udowodniono, że próba uzyskania działającego w temperaturze pokojowej nadprzewodnika złożonego z wodoru i jeszcze jednego pierwiastka to ślepy zaułek. Jednak trójskładnikowe związki mogą być rozwiązaniem problemu. Szczególnie obiecująco wygląda tutaj dodanie węgla do całości. Węgiel ma bardzo silne wiązania kowalencyjne i, jak się wydaje, zapobiega on rozpadaniu się par Coopera przy mniejszym ciśnieniu.
      Ciśnienie atmosferyczne będzie tutaj bardzo dużym wyzwaniem. Ale jeśli do równania dodamy węgiel, to jest to bardzo dobry prognostyk na przyszłość, mówi Eva Zurek z zespołu obliczeniowego, który współpracuje z grupą Diasa.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy wykorzystujący Advanced Photon Source z Argonne National Laboratory badają materiał, w których zaobserwowano zjawisko nadprzewodnictwa istniejące w temperaturze -23 stopni Celsjusza. To o około 50 stopni wyższa temperatura niż dotychczasowy rekord.
      Mimo, że nadprzewodnictwo pojawia się w ekstremalnie wysokim ciśnieniu, to i tak mamy tutaj do czynienia z wielkim postępem. Ostatecznym celem jest wykorzystanie nadprzewodnictwa w codziennych zastosowaniach.
      Naukowcy określili dwa warunki, które definiują materiały, które nadają się na nadprzewodniki. Materiał musi umożliwiać przewodzenie prądu bez oporów oraz być odpornym na działanie pola magnetycznego, które nie może go penetrować.
      Dotychczas nadprzewodnictwo uzyskiwano po schłodzeniu materiału do bardzo niskich temperatur. Jednak takie chłodzenie jest niezwykle kosztowne i znacząco obniża możliwość zastosowania tej technologii.
      Ostatnie badania teoretyczne wykazały, że nowe klasy hybryd mogą wykazywać nadprzewodnictwo w wysokich temperaturach. Naukowcy z Instytutu Chemii im. Maksa Plancka połączyli siły z University of Chicago. Razem stworzyli materiał o nazwie superwodorek lantanu, przetestowali go pod kątem nadprzewodnictwa oraz określili jego strukturę i skład.
      Jedynym problemem jest fakt, że materiał ten wykazuje nadprzewodnictwo przy ciśnieniu 150–170 GPa. To ciśnienie około 1,5 miliona razy większe niż ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza.
      W materiale zauważono trzy z czterech cech charakterystycznych dla nadprzewodnictwa. Zaniknęła oporność, pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego zmniejszyła się temperatura krytyczna oraz doszło do zmiany temperatury gdy niektóre pierwiastki zastąpiono innymi izotopami. Czwarta z cech, efekt Meissnera, czyli zanik pola magnetycznego w nadprzewodniku, nie został zaobserwowany. Stało się tak dlatego, że badano na tyle małą próbkę materiału, iż zjawiska tego nie można było wykryć.
      Temperatura, przy jakiej zaobserwowano nadprzewodnictwo, naturalnie występuje w wielu miejscach na świecie. To zaś daje nadzieję, że w końcu uda się stworzyć materiał, w którym nadprzewodnictwo pojawi się w temperaturze pokojowej, a przynajmniej przy 0 stopniach Celsjusza.
      Obecnie naukowcy pracują nad nowym materiałem, który wykaże nadprzewodnictwo w warunkach jeszcze bardziej zbliżonych do naturalnych. Naszym następnym celem jest zmniejszenie ciśnienia, przy którym syntetyzowane są próbki, zwiększenie temperatury tak, by była bliższa pokojowej, a być może stworzenie materiału, który powstaje przy wysokim ciśnieniu, ale nadprzewodnictwo występuje w nim przy ciśnieniu atmosferycznym, stwierdzili naukowcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół z University of California, Riverside stworzył półprzewodnikową technologię, która może pozwolić na budowę niezwykle wszechstronnego lasera ultrafioletowego, przydatnego zarówno do zabijania wirusów jak i zwiększania pojemności DVD.
      Lasery ultrafioletowe są szeroko stosowane w przechowywaniu danych czy biologii, jednak są to urządzenia duże, kosztowne i wymagające użycia dużych ilości energii. Obecne lasery ultrafioletowe bazują na azotku galu. Profesor Jianlin Liu i jego współpracownicy dokonali przełomu tworząc falowód lasera z tlenku cynku, co pozwala na produkcję mniejszych i tańszych laserów, które będą charakteryzowały się większą energią promienia i mniejszymi długościami fali.
      Dotychczas tlenek cynku nie nadawał się do budowy laserów, gdyż brakowało mu typu p. Liu rozwiązał ten problem domieszkując go antymonem tworząc półprzewodnik typu p. Nanokable tlenku cynku typu p połączono z tlenkiem cynku typu n tworząc diodę p-n.
      Przyłożenie napięcia wywołało emisję światła laserowego z końcówek nanokabli.
      „Od dziesięciu lat naukowcy zajmujący się tlenkiem cynku próbowali osiągnąć taki wynik. Nasze badania prawdopodobnie popchną naprzód całą technologię".
      Odkrycie uczonych z Kalifornii pozwoli na stworzenie laserów odczytujących i zapisujących znacznie gęściej zapisane dane, gdyż długość fali światła ultrafioletowego jest znacznie mniejsza niż wykorzystywanego obecnie światła czerwonego. W biologii i medycynie ultrafioletowy laser może penetrować wnętrze żywych komórek, zmieniać ich funkcje, służyć do dezynfekcji wody pitnej. W fotonice pojawią się dzięki niemu urządzenia przetwarzające i przesyłające dane znacznie szybciej niż ma to miejsce obecnie.
      Profesor Liu zauważa, że potrzebne są dalsze prace nad zwiększeniem stabilności półprzewodnika typu p z tlenku cynku.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańscy uczeni udowodnili, że można dokonywać obliczeń za pomocą skrzyżowanych ze sobą nanokabli. Wystarczy ich odpowiednie połączenie, a otrzymamy prosty układ logiczny.
      Specjaliści z Universytetu Harvarda ułożyli na krzemowym podłożu 10-nanometrowej długości kable z germanu. Następnie pokryli je tlenkami metali i nałożyli nań w określonych miejscach kolejne kable, krzyżujące się z tymi poniżej. Dzięki podaniu wysokiego napięcia naukowcy mogli włączyć i wyłączyć poszczególne miejsca przecięcia się kabli, programując w ten sposób układ. Później użyli niższego napięcia, dzięki któremu niżej położone kable z germanu działały jak tranzystory.
      Stworzony w ten sposób chip składał się z 496 programowalnych tranzystorów umieszczonych na powierzchni 960 mikrometrów. Układ umożliwiał przeprowadzenie operacji dodawania i odejmowania.
      Twórcy nowej kości przyznają, że jest ona bardzo duża, a ich technika raczej nie pozwoli na dorównanie szybko rozwijającym się technologiom litograficznym. Podkreślają jednak, że ich metoda ma olbrzymią zaletę, gdyż tworzone w ten sposób układy mogą zużywać nawet 100-krotnie mniej energii niż konwencjonalne kości. Mogą zatem przydać się do tworzenia niewielkich robotów czy prostych urządzeń biomedycznych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Japoński naukowiec, a prywatnie miłośnik alkoholu, po jednym z przyjęć odkrył, że zanurzenie próbki, którą się zajmował, w drinkach przekształciło ją w nadprzewodnik działający w temperaturze kilku kelvinów. Naukowiec ten to doktor Yoshihiko Takano z Narodowego Instytutu Nauk Materiałowych w Tsukubie. Po jednym z przyjęć postanowił sprawdzić, jak na właściwości potencjalnego nadprzewodnika wpłynie alkohol. Wspomniana próbka to mieszanina sproszkowanych żelaza, telluru i siarczku telluru, które zamknięto w kwarcowej tubie i przez 10 godzin trzymano w temperaturze 600 stopni Celsjusza. Normalnie nie wykazuje ona właściwości nadprzewodzących, ale zyskuje je po zanurzeniu w wodzie lub wystawieniu na działanie tlenu.
      Po przyjęciu Takano zaczął się zastanawiać czy to, co pił, będzie miało na wspomnianą mieszaninę podobny wpływ jak czysta woda. Razem z kolegami zanurzali próbki w piwie, czerwonym i białym winie, sake, destylacie Shochu, whisky oraz w mieszaniniach wody i etanolu. Płyny były podgrzewane do temperatury 70 stopni, a próbka przebywała w nich przez 24 godziny.
      Badania wykazały, że mieszanina wody i etanolu zwiększa nadprzewodnictwo, ale jest ono niezależna od koncentracji alkoholu. Jeszcze lepsze rezultaty uzyskano przy pomocy typowych sprzedawanych komercyjnie napojów alkoholowych. Także i w ich przypadku nie zauważono zależności pomiędzy koncentracją alkoholu a nadprzewodnictwem. Uczeni wyliczyli, że dopuszczalna magnetyzacja próbek, przy której nie traciły one właściwości nadprzewodzących, zwiększała się od 23,1% w przypadku Sochu do 62,4% po zanurzeniu w czerwonym winie. Mieszanina wody z etanolem nie dawała wyniku lepszego niż 15%.
      Uczeni spekulują, że dzieje się tak, gdyż wino i piwo prowadzą do szybkiego utleniania się, a testowana przez nich próbka wykazuje właściwości nadprzewodzące w obecności tlenu. Szczegółowe wyjaśnienie zaobserwowanego zjawiska wymaga jednak dalszych badań.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...