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忘記半導體吧_這才是未來

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-04-20 08:39:25    作者:微生善穹    瀏覽次數(shù):108
導讀

超導體制造高效電子產(chǎn)品,但使它們工作所需得超低溫和超高壓成本高昂且難以實施。室溫超導體有望改變這種狀況。羅切斯特大學得研究人員最近宣布了一種新材料,該材料在室溫下是超導體,盡管在高壓下,如果的到證實,

超導體制造高效電子產(chǎn)品,但使它們工作所需得超低溫和超高壓成本高昂且難以實施。室溫超導體有望改變這種狀況。

羅切斯特大學得研究人員最近宣布了一種新材料,該材料在室溫下是超導體,盡管在高壓下,如果的到證實,這是一個令人興奮得發(fā)現(xiàn)。如果這種材料或類似材料可靠地工作并且專業(yè)經(jīng)濟地大規(guī)模生產(chǎn),它專家會徹底改變電子產(chǎn)品。

室溫超導材料將為實際應用帶來許多新得專家性,包括超高效電網(wǎng)、超快和節(jié)能計算機芯片,以及可用于懸浮火車和控制聚變反應堆得超強磁體。

超導體是一種專業(yè)傳導直流電而不會遇到任何電阻得材料。電阻是阻礙電流流動得材料得特性。傳統(tǒng)得超導體必須冷卻到極低得溫度,接近可能嗎?零。

近幾十年來,研究人員開發(fā)了所謂得高溫超導體,只需將其冷卻至零下 10 華氏度(零下 23 攝氏度)。

雖然比傳統(tǒng)超導體更容易使用,但高溫超導體仍然需要特殊得熱設(shè)備。除了低溫之外,這些材料還需要非常高得壓力,比大氣壓力 14.6 磅/平方英寸(1 巴)高 167 萬倍。

顧名思義,室溫超導體不需要特殊設(shè)備來冷卻。它們確實需要加壓,但只需要加壓到大氣壓得 10,000 倍左右。這種壓力專業(yè)通過使用堅固得金屬外殼來實現(xiàn)。

使用超導體得地方

超導電子是指使用超導材料實現(xiàn)極高水平得性能和能效得電子設(shè)備和電路,比最先進得半導體設(shè)備和電路要好幾個數(shù)量級。

超導材料沒有電阻,這意味著它們專業(yè)圖片高電流,而不會因電阻而損失任何能量。這種效率使超導體在電力傳輸方面非常有吸引力。

公用事業(yè)供應商 Commonwealth Edison安裝了高溫超導輸電線路并展示了為芝加哥北部供電得技術(shù),試用期為一年。與傳統(tǒng)銅線相比,升級后得超導線專業(yè)承載 200 倍得電流。

但維持當今超導體所需得低溫和高壓得成本使的在大多數(shù)情況下即使這種效率提高也不切實際。

因為超導體得電阻為零,如果將電流施加到超導回路中,除非回路斷開,否則電流將永遠持續(xù)下去。這種現(xiàn)象可用于制造大型永磁體得各種應用。

今天得磁共振成像機使用超導磁體來達到幾特斯拉得磁場強度,這是精確成像所需要得。相比之下,地球磁場得強度或通量密度約為 50 微特斯拉。

1.5 特斯拉 MRI 機器中得超導磁體產(chǎn)生得磁場比地球產(chǎn)生得磁場強 30,000 倍。

掃描儀使用超導磁體產(chǎn)生磁場,使患者體內(nèi)得氫原子核對齊。這個過程與無線電波相結(jié)合,產(chǎn)生用于 MRI 檢查得組織圖像。磁鐵得強度直接影響 MRI 信號得強度。與 3.0 特斯拉機器相比,1.5 特斯拉 MRI 機器需要更長得掃描時間才能創(chuàng)建清晰得圖像。

超導材料從自身內(nèi)部排出磁場,這使它們成為強大得電磁鐵。這些超級磁鐵有專家使火車漂浮起來。超導電磁體產(chǎn)生 8.3 特斯拉得磁場——超過地球磁場得 100,000 倍。

電磁鐵使用 11,080 安培得電流來產(chǎn)生磁場,超導線圈最優(yōu)高電流流動而不會損失任何能量。日本得山梨縣超導磁懸浮列車懸浮在其導軌上方 4 英寸(10 厘米)處,并以高達 311 英里/小時(500 公里/小時)得速度行駛。

超導電路也是一種很有前途得量子計算技術(shù),因為它們專業(yè)用作量子比特。量子比特是量子處理器得基本單元,類似于經(jīng)典計算機中得晶體管,但比它更強大。D-Wave Systems、谷歌和 IBM @公司已經(jīng)構(gòu)建了使用超導量子比特得量子計算機。

盡管超導電路專業(yè)制造出頂級得量子比特,但它們對制造具有大量量子比特得量子計算機提出了一些技術(shù)挑戰(zhàn)。一個關(guān)鍵問題是需要將量子位保持在非常低得溫度下,這需要使用稱為稀釋制冷機得大型低溫設(shè)備。

室溫超導體得前景

室溫超導體將消除許多與操作基于超導體得電路和系統(tǒng)得高成本相關(guān)得挑戰(zhàn),并使它們更容易在現(xiàn)場使用。

室溫超導體將為下一代計算機和低延遲寬帶無線通信實現(xiàn)超高速數(shù)字互連。它們還將為生物醫(yī)學和安全應用、材料和結(jié)構(gòu)分析以及深空射電天體物理學提供高分辨率成像技術(shù)和新興傳感器。

室溫超導體意味著核磁共振成像得運行成本會大大降低,因為它們不需要液氦冷卻劑,而液氦冷卻劑既昂貴又供不應求。據(jù)我估計,電網(wǎng)得能效將比現(xiàn)在得電網(wǎng)至少高 20%,每年可節(jié)省數(shù)十億美元。

磁懸浮列車專業(yè)以更低得成本運行更遠得距離。計算機運行速度會更快,功耗會降低幾個數(shù)量級。量子計算機專業(yè)構(gòu)建更多得量子比特,使它們能夠解決當今最強大得超級計算機無法解決得問題。

電子學這個充滿希望得未來能否實現(xiàn)以及多快實現(xiàn),部分取決于新型室溫超導材料能否的到驗證,以及能否經(jīng)濟地大規(guī)模生產(chǎn)。

半導體行業(yè)觀察

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(文/微生善穹)
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