Supravodivá dioda se skládá z ferromagnetické vrstvy (růžová) a supravodivého filmu (šedá). Kredit: A. Varambally, Y-S. Hou & H. Chi.

Počítače jsou věčně hladové. Těžba kryptoměn nebo třeba výcvik umělých inteligencí to ještě podstatně zhoršují. Jak jistě každý ví, soudobá elektronika se intenzivně přehřívá, kvůli elektrickému odporu. Moderní datacentra kvůli tomu spotřebují ohromné množství energie na chlazení. V roce 2018 se v Nature objevil odhad, podle něhož za 10 let energie vynaložená v datacentrech naroste na téměř jednu pětinu veškeré spotřeby energie na Zemi.

Výzkumné laboratoře si namáhají mozky, jak to zařídit, aby spotřeba energie elektronikou nebyla tak devastující. Pozoruhodný nápad měli američtí inženýři v MIT, kteří vyvinuli jednoduchou a praktickou supravodivou diodu. Pokud se tato technologie prosadí, mohlo by to vést ke dramatickému snížení spotřeby energie výpočetními systémy.

Jagadeesh Moodera. Kredit: MIT / Paul Rivenberg.

Nové zařízení je teprve v rané fázi vývoje. Přesto je už teď více než dvakrát účinnější než srovnatelné technologie. Supravodivá dioda by se podle všeho mohla uplatnit v konvenčních i v kvantových počítačích.

Logo. Kredit: MIT Materials Research Laboratory.

Jak si pochvaluje vedoucí výzkumného týmu Jagadeesh Moodera, jejich supravodivá dioda vypadá spolehlivě. Funguje v širokém rozmezí teplot a otevírá dveře novým technologiím. Jde o nanoskopickou diodu obdélníkového tvaru, asi tisíckrát tenčí než lidský vlas. Lze ji snadno vyrábět v rozmanitých množstvích. Na jednom substrátovém disku (silicon wafer) by se jich daly vyrobit miliony.

Diody mají dvě elektrody, anodu a katodu. Pokud je zapojena v propustném směru, tak téměř neklade odpor elektrickému proudu. Při zapojení v opačném, čili závěrném směru projde diodou jen zcela minimální proud. Diody jsou základní součástí elektroniky, tedy především s tranzistory, na nichž jsou založené.

Moodera a jeho kolegové vyvracejí časté přesvědčení, že supravodivá zařízení jsou spjatá s velmi exotickou fyzikou. V tomto případě vycházejí z vlastního dřívějšího výzkumu Majoranových fermionů. Supravodivá dioda ve skutečnosti představuje běžný jev, který se vyskytuje v klasických materiálech. Výzkum supravodivých diod běží na plné obrátky, za čas se určitě dozvíme víc.

Video: Talks - Topological Supoerconductivity in Quantum Materials - Jagadeesh MOODERA, MIT

Literatura

MIT Materials Research Laboratory 27. 7. 2023.

Physical Review Letters 131: 027001.