Por coincidencia, los investigadores de TU Delft han desarrollado un superconductor que permite que la electricidad fluya en una dirección.
Un diodo superconductor, compuesto por capas de un átomo de espesor, puede reducir enormemente el consumo de energía de las computadoras. También podría ser un gran avance para las computadoras cuánticas superconductoras.
Un diodo es un componente electrónico que permite que la corriente fluya en una dirección. Es una parte fundamental del transistor, el componente básico de las computadoras modernas. Los diodos y los transistores están hechos de semiconductores que tienen una resistencia eléctrica, lo que significa que en ellos se pierde energía en forma de calor.
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Los superconductores no tienen resistencia. Como resultado, no se pierde energía. Sin embargo, no se pueden usar como diodos, porque con los diodos tradicionales es la resistencia la que hace que la electricidad fluya en una sola dirección.
no previsto
Mazhar Alíprofesor asistente de nanociencias en la Universidad Tecnológica de Delft, y sus colegas ahora tienen un diodo superconductor por primera vez demostrado† Colocaron una capa bidimensional de un material llamado niobio-3-bromo-8 entre dos capas superconductoras. Cuando los electrones viajan en una dirección a través del todo, no encuentran resistencia. Lo experimentan en la otra dirección.
«Esto no estaba previsto», dice Ali. «Simplemente probamos esto experimentalmente, no hubo predicción antes del experimento».
El resultado fue tan inesperado que Ali y su equipo no entienden completamente cómo funciona el diodo superconductor. «La gente tiene una idea aproximada, pero todavía no existe una teoría rigurosa», dice Ali.
Cientos de veces más rápido
Además de anular la teoría, el descubrimiento también podría tener importantes aplicaciones prácticas. Las computadoras y los centros de datos consumen entre el 10 y el 20 por ciento de toda la electricidad del mundo. Una gran parte se pierde en forma de calor debido a la resistencia eléctrica de los transistores. Al hacer semiconductores superconductores, las computadoras podrían usar cientos de veces menos energía y potencialmente funcionar cientos de veces más rápido, dijo Ali.
El diodo no solo ahorra energía, sino que también podría ser crucial para el avance de las computadoras cuánticas. El diodo utiliza un fenómeno llamado efecto Josephson, un proceso cuántico en el que los electrones pueden hacer un túnel a través de un espacio entre dos superconductores.
Las llamadas uniones de Josephson se utilizan ampliamente en las computadoras cuánticas superconductoras. Por lo tanto, el uso de un diodo Josephson podría conducir a nuevos tipos de computadoras cuánticas.
Energía ineficiente
“Lo que es particularmente impresionante de este resultado es el hecho de que tienes un dispositivo Josephson. Porque eso implica mucha física adicional que no tendrías en un cable superconductor, por ejemplo’, dice jason robinsonprofesor de física de materiales en la Universidad de Cambridge.
Ali y su equipo ahora quieren usar su descubrimiento para construir un transistor superconductor, pero aún quedan desafíos por delante. El diodo actual opera a aproximadamente 2 Kelvin o -271 grados Celsius. Se necesita más energía para mantener esa temperatura de la que podría ahorrar el diodo.
Ali cree que el diodo con materiales alternativos puede funcionar a temperaturas superiores a 77 Kelvin, la temperatura a la que el nitrógeno es líquido. Eso haría que los diodos ahorraran energía.
Además, el diodo actualmente todavía se fabrica en un proceso manual, en el que las capas de material superconductor se despegan cuidadosamente y se apilan una encima de la otra. Esto debería automatizarse para hacer los dispositivos a escala, dice Ali.