소식

Jul 29, 2023

물리학

반도체 다이오드는 전류를 한 방향으로만 전도하고 다른 방향으로는 전도하지 않으므로 전자 장치에 무수히 응용할 수 있습니다. 그들의 단방향 속성은 전도의 차이로 인해 가능해집니다.

반도체 다이오드는 전류를 한 방향으로만 전도하고 다른 방향으로는 전도하지 않으므로 전자 장치에 무수히 응용할 수 있습니다. 이들의 단방향 특성은 두 가지 유형의 전하 캐리어(전자와 정공)의 전도 동작의 차이로 인해 가능해집니다. 초전도 다이오드는 센서 및 기타 장치에도 유용할 수 있습니다. 그러나 초전류에는 소위 쿠퍼 쌍의 전자라는 한 가지 유형의 캐리어만 있기 때문에 초전도 다이오드를 구현하는 것이 더 어렵습니다. 2020년에 연구자들은 정확한 적층, 강력한 스핀-궤도 결합 및 독특한 형태의 쿠퍼 쌍이 필요한 층상 재료로 만들어진 초전도 장치에서 다이오드 효과를 입증했습니다[1]. 이제 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 Jagadeesh Moodera와 공동 연구자들은 보다 효과적이고 설계가 단순하며 난해한 전자 효과와 무관한 초전도 다이오드를 만들었습니다[2].

팀의 다이오드 디자인은 니오븀이나 바나듐의 얇은 스트립으로 구성됩니다. 대부분의 단일 원소 초전도체와 달리 니오븀과 바나듐은 모두 II형 초전도체입니다. 즉, 적절한 강도의 자기장이 적용되면 모두 같은 의미로 회전하는 초전류 소용돌이의 형성이 유도됩니다. Moodera와 동료들은 장치 표면에 수직으로 이러한 장을 적용하여 스트립 내에서 소용돌이를 유도하고 스트립 가장자리를 따라 초전류(마이스너 전류라고 함)를 유도했습니다. 위에서 보면 한 에지 전류는 오른쪽("순방향" 방향)으로 흐르고 다른 에지 전류는 왼쪽("역방향" 방향)으로 흘렀습니다. 그런 다음 연구원들은 스트립 끝을 통해 정방향과 역방향으로 외부 전류를 보내고 각 경우의 순 전류를 측정했습니다.

원칙적으로 역전파 에지 전류는 동일하므로 순 전류에 대한 기여도가 상쇄되어야 합니다. 그러나 실제로 스트립을 제작하면 필연적으로 두 가장자리 사이에 구조적 차이가 발생합니다. MIT 팀은 이러한 우연한 비대칭이 20%의 다이오드 효율을 초래할 만큼 충분히 크다는 것을 발견했습니다. 이는 순방향 순 전류와 역방향 순 전류 간의 차이를 합으로 나눈 값으로 정의됩니다. 연구원들은 의도적으로 가장자리 중 하나에 노치를 추가함으로써 다이오드 효율을 50%까지 높일 수 있음을 발견했습니다. 그러나 그들은 인가된 자기장을 강자성 절연체인 황화유로듐의 오버레이어에서 나온 고유장으로 대체함으로써 지금까지 볼 수 있었던 가장 큰 값인 65%의 효율을 얻었습니다.

실제로 무데라(Moodera)와 그의 동료들은 단순하고 기하학적인 대칭이 깨져서 발생하는 거대 다이오드 효과가 일반 초전도체에 존재한다는 것을 입증했습니다. 이러한 초전도 다이오드는 초전도 전자제품에 즉시 사용될 수 있으며 미래에는 초전도 또는 토폴로지 큐비트 회로에 사용될 수 있다고 Moodera는 말합니다.

필립 몰(Philip Moll)은 독일 막스 플랑크 물질의 구조 및 역학 연구소에서 양자 물질을 연구하고 있습니다. 그는 단일 요소 초전도체에서 큰 다이오드 효과를 관찰하는 것이 중요하다고 지적합니다. 그 이유는 그 단순함이 응용을 더 쉽고 확장 가능하게 만들 것이기 ​​때문입니다. “Moodera와 동료들의 작업의 장점은 시도조차 하지 않고도 기록적인 효율성을 얻었다는 것입니다.”라고 그는 말합니다. "그들의 구조는 아직 최적화되지 않았습니다."

–찰스 데이

Charles Day는 Physics Magazine의 수석 편집자입니다.

Yasen Hou, Fabrizio Nichele, Hang Chi, Alessandro Lodesani, Yingying Wu, Markus F. Ritter, Daniel Z. Haxell, Margarita Davydova, Stefan Ilić, Ourania Glezakou-Elbert, Amith Varambally, F. Sebastian Bergeret, Akashdeep Kamra, Liang Fu, 패트릭 A. 리, 자가디시 S. 모데라

물리. Lett 목사. 131, 027001(2023)

2023년 7월 13일 게시됨

연구원들은 재료에 힘이 가해졌다가 후퇴할 때 형성되는 자가 치유 나노균열이 있는 금속을 관찰했습니다. 자세히 보기 »

지금까지 관측된 태양으로부터 가장 높은 에너지 복사를 측정한 결과 더 나은 태양광 모델의 필요성이 강조되었습니다. 자세히 보기 »