블로그

Sep 01, 2023

간단한 초전도 장치는 컴퓨팅 및 기타 응용 분야에서 에너지 사용을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

이전 이미지 다음 이미지 MIT 과학자들과 동료들은 가능한 것보다 훨씬 효율적으로 전자 장치를 통해 전류를 전달할 수 있는 간단한 초전도 장치를 만들었습니다.

이전 이미지 다음 이미지

MIT 과학자들과 동료들은 오늘날 가능한 것보다 훨씬 더 효율적으로 전자 장치를 통해 전류를 전달할 수 있는 간단한 초전도 장치를 만들었습니다. 결과적으로 스위치의 일종인 새로운 다이오드는 고전력 컴퓨팅 시스템에서 사용되는 에너지 양을 획기적으로 줄일 수 있으며, 이는 훨씬 더 심각해질 것으로 예상되는 주요 문제이다. 개발 초기 단계임에도 불구하고 다이오드는 다른 사람들이 보고한 유사한 다이오드보다 2배 이상 효율적입니다. 이는 새로운 양자 컴퓨팅 기술에 필수적일 수도 있습니다.

Physical Review Letters의 7월 13일자 온라인 호에 보고된 이 연구는 Physics Magazine의 뉴스 기사 주제이기도 합니다.

독일 막스 플랑크 물질의 구조 및 역학 연구소 소장인 필립 몰(Philip Moll)은 “이 논문은 초전도 다이오드가 공학적 관점에서 완전히 해결된 문제임을 보여줍니다.”라고 말했습니다. Moll은 작업에 참여하지 않았습니다. "[이] 작업의 아름다움은 [Moodera와 동료들이] 시도조차 하지 않고 기록적인 효율성을 얻었으며 구조가 아직 최적화되지 않았다는 것입니다."

"단순한 시스템에서 견고하고 넓은 온도 범위에 걸쳐 작동할 수 있는 초전도 다이오드 효과에 대한 우리의 엔지니어링은 잠재적으로 새로운 기술의 문을 열 수 있습니다"라고 현재 연구의 리더이자 MIT 학부의 선임 연구 과학자인 Jagadeesh Moodera는 말합니다. 물리학. Moodera는 또한 재료 연구소, Francis Bitter Magnet 연구소 및 PSFC (플라즈마 과학 및 융합 센터)와 제휴하고 있습니다.

사람 머리카락 굵기보다 약 1,000배 더 얇은 나노 크기의 직사각형 다이오드는 쉽게 확장할 수 있습니다. 단일 실리콘 웨이퍼로 수백만 개가 생산될 수 있습니다.

초전도 스위치를 향하여

전류가 한 방향으로 쉽게 이동할 수 있지만 그 반대 방향으로는 쉽게 이동할 수 있도록 하는 장치인 다이오드는 컴퓨팅 시스템 어디에나 존재합니다. 현대의 반도체 컴퓨터 칩에는 트랜지스터라고 알려진 수십억 개의 다이오드형 장치가 포함되어 있습니다. 그러나 이러한 장치는 전기 저항으로 인해 매우 뜨거워질 수 있으며, 클라우드 컴퓨팅을 포함한 수많은 현대 기술을 뒷받침하는 데이터 센터의 고전력 시스템을 냉각하는 데 막대한 양의 에너지가 필요합니다. Nature의 2018년 뉴스 특집에 따르면, 이러한 시스템은 10년 안에 전 세계 전력의 거의 20%를 사용할 수 있습니다.

결과적으로, 초전도체로 만든 다이오드를 만드는 연구가 응집물질 물리학의 뜨거운 주제가 되어 왔습니다. 초전도체는 특정 저온(임계 온도) 이하에서는 전혀 저항 없이 전류를 전달하므로 열의 형태로 눈에 띄는 에너지 손실이 있는 반도체 사촌보다 훨씬 더 효율적이기 때문입니다.

그러나 지금까지 이 문제에 대한 다른 접근 방식은 훨씬 더 복잡한 물리학을 포함했습니다. “우리가 발견한 효과는 매우 간단하고 직접적인 방식으로 실현될 수 있는 초전도체의 편재적 특성에 [부분적으로] 기인합니다. 그것은 단지 당신의 얼굴을 쳐다보는 것뿐입니다.”라고 Moodera는 말합니다.

막스 플랑크 연구소(Max Planck Institute)의 Moll은 이렇게 말했습니다. “이 연구는 초전도 다이오드를 유한 운동량 쌍 상태와 같은 이국적인 물리학과 연관시키는 현재 패션에 대한 중요한 대위법입니다. 실제로 초전도 다이오드는 특정 깨진 대칭의 결과로 고전 재료에 존재하는 일반적이고 널리 퍼진 현상입니다.”

다소 뜻밖의 발견

2020년에 무데라(Moodera)와 동료들은 마요라나 페르미온(Majorana Fermions)으로 알려진 이국적인 입자 쌍의 증거를 관찰했습니다. 이러한 입자 쌍은 양자 컴퓨터의 구성 요소인 새로운 토폴로지 큐비트 계열로 이어질 수 있습니다. 초전도 다이오드 생성에 대한 접근 방식을 숙고하는 동안 팀은 마요라나(Majorana) 작업을 위해 개발한 재료 플랫폼이 다이오드 문제에도 적용될 수 있다는 것을 깨달았습니다.