Tietojenkäsittely
Kuinka suprajohtava 3D-tulostus edistää kvanttilaskentaa
Securities.io noudattaa tiukkoja toimituksellisia standardeja ja voi saada korvausta tarkistetuista linkeistä. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja, eikä tämä ole sijoitusneuvontaa. Katso lisätietoja tytäryhtiöiden ilmoittaminen.
Nanoskaalan valmistus: Tulevaisuuden atomin rakentaminen atomin toimesta
Tiedemiesten kehittäessä yhä suurempaa hallintaa aineellisesta maailmasta, valmistusprosesseiltamme odotetaan yhä enemmän tarkkuutta. Metallin karkean takomisen jälkeen ahjoissa hallitsemme nyt yksittäisiä atomeja muodostaaksemme edistyneitä antureita, transistoreita jne.
Toinen seuraus tästä lisääntyvästä kontrollitasosta on mahdollisuus muuttaa materiaalin ominaisuuksia perusteellisesti. Tunnemme nyt, kuinka ohut piikerros voidaan saada "ajattelemaan" muuttamalla se tietokonesiruksi.
Muitakin muutoksia on mahdollista, erityisesti antaa materiaaleille luonnollisia ominaisuuksia, joita niillä ei koskaan olisi luonnossa itsestään. Yksi tapa tehdä tämä on muuttaa niiden rakennetta nanotasolla.
Max Planck -instituutin (Saksa), Institut für Emerging Electronic Technologiesin (Saksa) ja Wienin yliopiston (Itävalta) tutkijat ovat havainneet, että he voivat muuttaa materiaalin suprajohteeksi muuttamalla sen 3D-konfiguraatiota ja rakentamalla monimutkaisia nanorakenteita.
He ilmoittivat löydöstään Advanced Function Material -lehdessä.1, otsikon alla "Uudelleenkonfiguroitavat kolmiulotteiset suprajohtavat nanoarkkitehtuurit".
Miksi 3D-nanorakenteet ovat avainasemassa 2D-teknologian rajojen rikkomisessa
Monet nanomittakaavan järjestelmät on suunniteltu yksinkertaisiksi 2D-levyiksi, joiden avulla tutkijat voivat manipuloida niitä tarkasti.
Kolmiulotteisuuden laajentaminen tarjoaa kuitenkin mahdollisuuden voittaa perustavanlaatuisia rajoituksia ja saavuttaa uusia toimintoja.
Esimerkiksi puolijohteiden miniatyrisoinnin rajoitukset ovat johtaneet siihen, että 2D-laitteet eivät enää noudata Mooren lakia. Sen sijaan teollisuus siirtyi 3D-pinotettuun CMOS-tekniikkaan suuremman laitetiheyden ja yhteenliitettävyyden saavuttamiseksi.
Samoin optiikassa 3D-metamateriaalit tarjoavat uusia mahdollisuuksia hallita valon ominaisuuksia, kuten laajakaistaista polarisaatiota tai negatiivisia taitekertoimia, joilla kullakin on omat laajat potentiaaliset sovellusalueensa.
Sama pätee nyt johtimiin ja suprajohteisiin, joissa rakennetaan prosessi, joka toimii kuin 3D-nanotulostin, jossa rakenteita ei rakenneta tasaiselle pinnalle, vaan 3D:nä.
Kvanttiefektit 3D-suprajohtavissa rakenteissa
Kvanttihiukkasfysiikan teoriat ovat jo ennustaneet, että 3D-rakenteet käyttäytyisivät hyvin eri tavalla kuin 2D-rakenteet. Tämä pätee erityisesti suprajohteisiin, materiaaleihin, joilla ei ole sähköistä vastusta, ja joiden odotettiin mahdollistavan paikallisen suprajohtavien pyörteiden hallinnan.
Tämän tyyppisen "magneettisen pyörteen" löytäminen sai Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 2003, mikä oli keskeinen läpimurto suprajohtavuuden toiminnan selittämisessä.
Lähde: Nobel palkinto
Suprajohtavan materiaalin 3D-rakenteiden pitäisi myös luoda täysin uusia kvantti-ilmiöitä (kuten "solmutila suprajohtavassa Möbiuksen nauhassa"), joita tutkijat voisivat sitten käyttää käytännön sovellusten kehittämiseen.
Kuinka tiedemiehet rakensivat 3D-nanotulostimen suprajohteille
Tutkijat käyttivät 3D-fokusoitua elektronisuihkuinduktiomenetelmää (3D FEBID), joka on tunnettu menetelmä 3D-nanorakenteiden rakentamiseen, mutta jota ei ole aiemmin käytetty suprajohtavien materiaalien kanssa.
He rakensivat pyramidin muotoisen rakenteen, jossa on neljä toisiaan tukevaa nanoskooppista filamenttia. Se on valmistettu suprajohtavasta volframikarbidista (WC).
Sitten he vahvistivat, että rakenteella on jyrkkä suprajohtava siirtymä noin 5 °K:n lämpötilassa (-268 °C / -450 °F).
Sitten he mittasivat, että pyörteet voivat edetä rakennetta pitkin kolmiulotteisessa liikkeessä ja johtaa tiedon ja jännitteen siirtymiseen pitkälle. Kolmiulotteinen rakenne kontrolloi myös pyörteiden muotoa.
Uudelleenkonfiguroitava suprajohtavuus magneettikenttien avulla
Muuttamalla magneettikentän suuntaa suprajohtava ominaisuus voitaisiin olennaisesti kytkeä päälle ja pois halutessa pyörteiden muodon vuoksi.
Tämä mahdollisti täysin suprajohtavan (SC) 3D-rakenteen luomisen, joka oli vain puoliksi suprajohtava tai täysin normaalilla sähköisellä vastuksella (N).
Mahdollisuus luoda erilaisia suprajohtavuustiloja rakenteeseen tulee mielenkiintoisemmaksi, koska nämä 3D-rakenteet voidaan rakentaa sarjaan ja linkittää toisiinsa käyttämällä järjestelmää nimeltä Josephsonin heikot lenkit.
”Havaitsimme, että kolmiulotteisen nanorakenteen eri osien suprajohtava tila voidaan kytkeä päälle ja pois yksinkertaisesti kiertämällä rakennetta magneettikentässä.”
Tällä tavoin pystyimme toteuttamaan "uudelleenkonfiguroitavan" suprajohtavan laitteen!".
Tämä avaa tien yksittäisten alikomponenttien, kuten nanoskooppisten riippusiltojen, monimutkaisten suprajohtavien kokoonpanojen rakentamiselle.
Kuinka 3D-suprajohteet voisivat mullistaa anturit ja kvanttipiirit
Vaikka se on erittäin vaikuttavaa, aluksi voi olla hieman epäselvää, miten tätä suprajohtavan materiaalin nanomittakaavan 3D-tulostuksen hallintaa voidaan hyödyntää tosielämän sovelluksissa.
Ensinnäkin tiedetään jo, että Josephsonin heikkoja linkkejä voidaan käyttää erittäin herkkien magneettikenttäantureiden luomiseen. Aiemmin tällainen järjestelmä piti sisällyttää 2D-ohutkalvon suunnitteluun ja määrittää ennalta. Tämän uudelleenkonfiguroitavan järjestelmän ansiosta 3D-rakenteen luontainen etu on, että voidaan ottaa käyttöön paljon tarkempia ja hallittavampia mittauksia.
Toinen hyötyalue on suprajohdepohjainen laskenta, mukaan lukien energiatehokkaat neuromorfiset ja kvanttilaskenta. 3D-geometrioiden tarjoama lisääntynyt yhteenliitettävyys ja monimutkaisuus auttavat luomaan monimutkaisempia ja tehokkaampia laskentapiirejä näille järjestelmille.
Viime kädessä tämä voisi muodostaa moniterminaalisten 3D-liitosten ja toisiinsa liittyvien uudelleenkonfiguroitavien heikkojen linkkien ryhmien rakennuspalikat. Yhdessä näiden pitäisi muuttaa radikaalisti kvanttitietokoneen valmistustapaa ja siirtyä nykyisiä 2D-järjestelmiä pidemmälle. Niiden pitäisi myös olla paljon joustavampia, koska itse laitteistoa voidaan konfiguroida uudelleen.
Investoimalla suprajohtaviin ratkaisuihin
American Superconductor Corporation: Investoiminen todelliseen suprajohtavuuteen
(AMSC )
AMSC on yritys, joka tarjoaa energiaratkaisuja sähköverkkoon, laivoille ja tuulivoimaan. Yleisesti ottaen mitä enemmän tehoa kuluttava tai massiivinen järjestelmä on, sitä enemmän se vaatii suprajohtavaa tekniikkaa ylikuumenemisen välttämiseksi.
Nimestään huolimatta ASMC tarjoaa suprajohdejärjestelmien lisäksi esimerkiksi tuuliturbiinien vaihteistoja.
Yritys ratsastaa useilla kasvun ajureilla, mukaan lukien sähköistämisen ja digitalisaation trendi (mukaan lukien tekoälydatakeskukset), Yhdysvaltojen tuotantokapasiteetin siirto kotimaihin ja anglosfäärin laivastojen tarve modernisoida kasvavien geopoliittisten riskien vuoksi.
Tehonsyöttösegmentissä AMSC:n tilaukset ovat kasvaneet tasaisesti. Tämä johtui puolijohdetehtaista, joita haluttiin suojata sähköverkon heilahteluilta, auttaen verkkoa selviytymään uusiutuvien energialähteiden ajoittaisesta luonteesta sekä tehonsyötöstä ja valvonnasta teollisuuslaitoksissa.
AMSC toimii pääasiassa sähköisten ohjausjärjestelmien (ECS) parissa tuuliturbiinisegmentissä. Historiallisesti ESC oli yritykselle vahva segmentti 2 MW:n tuuliturbiineilla, mutta se on asteittain laskenut. AMSC pyrkii elpymään uuden 3 MW:n turbiinisuunnittelun ansiosta ja keskittyy erityisesti Intian markkinoihin.
Sotilasaluksille ASMC toimittaa "AMSC:n korkean lämpötilan suprajohtavaa magneettista miinanraivausjärjestelmää", joka muuttaa alusten magneettista ominaisuutta ja suojaa niitä merimiinoilta. Tätä järjestelmää myydään Yhdysvaltain, Kanadan ja Ison-Britannian laivastoille, ja tilausten arvo on tähän mennessä 75 miljoonaa dollaria.
Kaiken kaikkiaan ASMC on parhaimmillaan hyödyntämään suprajohdeteknologiaa niche-sovelluksissa, jotka ovat kannattavia jo tänään, ja on todennäköisesti valmis ottamaan käyttöön uusia edistysaskeleita tulevaisuudessa.
Sijoittajien tulisi myös huomioida, että osakkeen arvo on aiemmin vaihdellut äärimmäisesti, ja heidän tulisi laskea riskit vastaavasti.
Viimeisimmät American Superconductor Corporation (AMSC) Osakeuutiset ja -kehitys
Viittaustutkimukset:
1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et ai.Rakenteellisesti monimutkainen faasitekniikka mahdollistaa vetyä sietävät alumiiniseokset. luonto641, 358 – 364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2
