Databehandling
Hvordan superledende 3D-printing fremmer kvantedatamaskiner
Securities.io har strenge redaksjonelle standarder og kan motta kompensasjon fra gjennomgåtte lenker. Vi er ikke en registrert investeringsrådgiver, og dette er ikke investeringsrådgivning. Vennligst se vår tilknytning.
Nanoskalaproduksjon: Å bygge fremtidens atom for atom
Etter hvert som forskere utviklet en økende beherskelse av den materielle verden, forventes det mer og mer presisjon fra produksjonsprosessen vår. Fra å grovt smi metall i smier, kontrollerer vi nå individuelle atomer for å danne avanserte sensorer, transistorer osv.
En annen konsekvens av dette økende kontrollnivået er muligheten til å fundamentalt endre egenskapene til et materiale. Vi er nå kjent med hvordan et tynt lag med silisium kan fås til å «tenke» ved å gjøre det om til en databrikke.
Andre endringer er mulige, særlig å gi materialer naturlige egenskaper som de aldri spontant ville hatt i naturen. En måte å gjøre dette på er ved å endre strukturen deres på nanoskalanivå.
Forskere ved Max Planck-instituttet (Tyskland), Instituttet for nye elektroniske teknologier (Tyskland) og Universitetet i Wien (Østerrike) har funnet ut at de kan gjøre et materiale om til en superleder ved å endre dets 3D-konfigurasjon og bygge komplekse nanostrukturer.
De annonserte oppdagelsen sin i Advanced Function Material1, under tittelen "Rekonfigurerbare tredimensjonale superledende nanoarkitekturer".
Hvorfor 3D-nanostrukturer er nøkkelen til å bryte grensene for 2D-teknologi
Mange nanoskalasystemer er utformet som enkle 2D-ark, slik at forskere kan manipulere dem presist.
Utvidelsen til tre dimensjoner gir imidlertid en mulighet til å overvinne grunnleggende begrensninger og oppnå nye funksjoner.
For eksempel har begrensninger i halvlederminiatyrisering ført til at 2D-enheter ikke lenger følger Moores lov. I stedet gikk industrien over til 3D-stablet CMOS for høyere enhetstetthet og sammenkoblingsevne.
På samme måte tilbyr 3D-metamaterialer innen optikk ny kontroll over lysets egenskaper, som bredbåndspolarisering eller negative brytningsindekser, hver med sine egne brede potensielle bruksområder.
Det samme gjelder nå for ledere og superledere, med byggingen av en prosess som fungerer som en 3D-nanoprinter, og bygger strukturer ikke på en flat overflate, men i 3D.
Kvanteeffekter i 3D superledende strukturer
Teorier om kvantepartikkelfysikk har allerede spådd at 3D-strukturer ville oppføre seg svært annerledes enn 2D-strukturer. Dette gjelder spesielt for superledere, materialer uten elektrisk motstand, hvor 3D-strukturer var forventet å tillate lokal kontroll over superledende virvler.
Oppdagelsen av denne typen «magnetisk virvel» ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 2003, noe som var et viktig gjennombrudd i å forklare hvordan superledning fungerer.
kilde: Nobelprisen
3D-strukturering av superledende materiale bør også skape helt nye kvantefenomener (som «nodal tilstand i en superledende Möbius-stripe«) som forskere deretter kunne bruke til å utvikle praktiske anvendelser.
Hvordan forskere bygde en 3D-nanoprinter for superledere
Forskerne brukte 3D-fokusert elektronstråleindusert avsetning (3D FEBID), en kjent metode for å bygge 3D-nanostrukturer som ikke har blitt brukt for superledende materialer før nå.
De bygde en pyramideformet struktur med fire nanoskopiske filamenter som støtter hverandre. Den er laget av superledende wolframkarbid (WC).
kilde: Avansert funksjonsmateriale
De bekreftet deretter at strukturen viser en skarp superledende overgang ved rundt 5 °K (-268 °C / -450 °F).
Deretter målte de at virvlene kan forplante seg langs strukturen i en 3D-bevegelse, og føre til en langtrekkende overføring av informasjon og spenning. 3D-strukturen kontrollerte også formen på virvlene.
kilde: Avansert funksjonsmateriale
Rekonfigurerbar superledningsevne med magnetfelt
Ved å endre retningen på et magnetfelt, kan den superledende egenskapen i hovedsak slås av og på etter eget ønske, på grunn av virvelenes form.
kilde: Avansert funksjonsmateriale
Dette tillot opprettelsen av en fullstendig superledende (SC) 3D-struktur, bare halvveis superledende, eller fullstendig med normal elektrisk motstand (N).
kilde: Avansert funksjonsmateriale
Muligheten for å skape forskjellige superledningstilstander i strukturen blir mer interessant ettersom disse 3D-strukturene kan bygges i serie og kobles sammen ved hjelp av et system som kalles Josephsons svake ledd.
«Vi fant ut at det er mulig å slå av og på den superledende tilstanden i forskjellige deler av den tredimensjonale nanostrukturen, ganske enkelt ved å rotere strukturen i et magnetfelt.»
På denne måten klarte vi å realisere en «rekonfigurerbar» superledende enhet!
Dette åpner veien for å bygge komplekse superledende sammenstillinger av individuelle delkomponenter, som for eksempel nanoskopiske hengebroer.
kilde: Avansert funksjonsmateriale
Hvordan 3D-superledere kan revolusjonere sensorer og kvantebrikker
Selv om det er ekstremt imponerende, kan det i starten være litt uklart hvordan denne mestringen av nanoskala 3D-printing av superledende materiale kan brukes til virkelige applikasjoner.
For det første er det allerede kjent at Josephsons svake koblinger kan brukes til å lage ultrafølsomme magnetfeltsensorer. Tidligere måtte et slikt system innlemmes i designet av den 2D-tynne filmen og forhåndsbestemmes. Med dette rekonfigurerbare systemet er en iboende fordel som 3D-strukturen gir at mye mer presis og kontrollerbar måling kan implementeres.
Et annet felt som vil dra nytte av dette er superlederbasert databehandling, inkludert energieffektiv nevromorfikk og kvantedatabehandling. Den økte sammenkoblingen og kompleksiteten som tilbys av 3D-geometrier, bør bidra til å skape mer komplekse og kraftige databrikker for disse systemene.
Til syvende og sist kan dette danne byggesteinene for flerterminale 3D-kryss og sammenkoblede matriser av rekonfigurerbare svake lenker. Sammen bør disse radikalt endre hvordan en kvantedatamaskin kan lages, og gå utover dagens 2D-systemer. De bør også være mye mer fleksible, ettersom selve maskinvaren kan rekonfigureres.
Investering i superledningsløsninger
American Superconductor Corporation: Investering i superledning i den virkelige verden
(AMSC )
AMSC er et selskap som leverer energiløsninger for kraftnettet, skip og vindenergi. Generelt, jo mer strømkrevende eller massivt et system er, jo mer krever det superledende teknologi for å unngå overoppheting.
Til tross for navnet, leverer ASMC ikke bare superledersystemer, men også for eksempel girdrivverk for vindturbiner.
Selskapet rir på flere vekstfaktorer, inkludert trenden med elektrifisering og digitalisering (inkludert AI-datasentre), flytting av amerikansk produksjonskapasitet og behovet for at marinen i anglosfæren moderniserer seg som svar på økende geopolitiske risikoer.
I strømforsyningssegmentet har AMSC sett en jevn økning i ordreinngangen. Dette ble drevet av halvlederfabrikker som ønsket å bli beskyttet mot svingninger i strømnettet, og hjalp nettet med å håndtere den periodiske naturen til fornybar energi, og strømforsyning og kontroller på industrianlegg.
AMSC er hovedsakelig aktiv med elektriske kontrollsystemer (ECS) i vindturbinsegmentet. Historisk sett var ESC et sterkt segment for selskapet med 2 MW vindturbiner, men det har gradvis falt. AMSC sikter mot en oppgang takket være den nye 3 MW turbindesignen, med spesielt fokus på det indiske markedet.
For militærskip tilbyr ASMC «AMSCs magnetiske minetevernmiddel mot høytemperatursuperledere», et system for å endre skipenes magnetiske signatur for å beskytte dem mot sjøminer. Dette selges til den amerikanske, kanadiske og britiske marinen, med bestillinger verdt 75 millioner dollar så langt.
Alt i alt er ASMC best på å utnytte superlederteknologi i nisjeapplikasjoner som er levedyktige i dag, samtidig som de sannsynligvis er klare til å ta i bruk ytterligere fremskritt i fremtiden.
Investorer bør også merke seg at aksjen har opplevd ekstrem volatilitet tidligere, og bør beregne risikoen deretter.
Latest American Superconductor Corporation (AMSC) Aksjenyheter og utvikling
Referert til studier:
1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.Strukturelt kompleks faseteknikk muliggjør hydrogentolerante Al-legeringer. Natur641, 358-364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2
