MIT科学家发现超导体定律

超导体(superconductor)又有新消息!这次是美国麻省理工学院(MIT)发现了一种支配薄膜超导体的定律，能为开发能侦测小至单一光子、大至反潜鱼雷(squid)之超高精确度超导光学侦测器(superconducting photodetector)的厂商减少许多尝试错误的步骤。

　　其他可受益的应用可能还包括美国国家标准与技术研究院(NIST)所使用的电压标准晶片(voltage standard chip)、D-Wave Systems开发的世界首套量子电脑，以及Hypres提供的众多气象应用程式。MIT电子工程教授Karl Berggren表示：“薄膜超导体的应用包括反潜鱼雷、光学侦测器、电压标准、气象以及D-Wave的量子电脑;”他的助手是MIT电子学实验室的博士后研究员Yachin Ivry。

　　目前在制作薄膜超导体方面，往往涉及大量的尝试错误过程，因为没有与不同参数相关联的方程式;不过藉由 MIT新开发的数学定律，新的超导晶片就能以利用Berggren与Ivry的方程式所计算出的正确参数来进行设计;Berggren表示：“了解超导薄膜关键温度(critical temperature)、电阻率以及薄膜厚度之间的关系，能让设计变得更容易。”

　　而其中最重要的参数也许是关键温度──也就是材料会转变成超导体的温度;不过虽然该温度值能藉由MIT新发明的方程式来最佳化，遗憾的是还无法降低到室温。Berggren表示：“我们能最佳化关键温度，但遗憾的是，薄膜越薄，关键温度才能越低。”

　　超薄的铌(niobium)与氮(nitrogen)超导薄膜会显示出个别原子，这个观点让MIT发现了超导体的通用定律 (图片来源：MIT, Yachin Ivry)

　　不过超冷却(super-cooled)超导体晶片能被更好地设计应用于量子运算、整合式超低功耗元件等应用。据了解，Berggren的实验室──量子奈米架构与奈米结构小组(Quantum Nanostructures and Nanofabrication Group)，也是Ivry工作的地方──已经打造出耗电量仅有相同功能非超导晶片百分之一的晶片。

　　该研究小组最近测试的材料是氮化铌(niobium nitride)，是一种所谓的高温超导体;透过将三个参数──关键温度、薄膜厚度与电阻率──中的两个保持恒定，研究人员发现在三个参数与一个常数之间有明显的关系。其论文可点击此连结免费下载阅读。

　　接下来研究人员也在其他材料的超导体上尝试新定律，并发现它在数十种不同的超导体也是有效的;其中每一种超导体在相同的方程式下有不同的常数，取决于其晶格规则。