Databehandling

Hvordan superledende 3D‑utskrift fremmer kvanteberegning

mm
Publisert
Oppdatert
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Opplysning: Securities.io kan motta betaling når du bruker lenker til produkter vi vurderer. Dette påvirker ikke våre redaksjonelle vurderinger. Vi er ikke en registrert investeringsrådgiver; dette er ikke investeringsråd. Les vår affiliateopplysning.

Nanoskala produksjon: Bygger fremtiden atom for atom

Etter hvert som forskere har utviklet stadig større mestring av den materielle verden, forventes stadig høyere presisjon i produksjonsprosessen vår. Fra grov smiing av metall i smier, kontrollerer vi nå individuelle atomer for å lage avanserte sensorer, transistorer osv.

En annen konsekvens av dette økende kontrollnivået er muligheten til å endre materialets egenskaper fundamentalt. Vi er nå kjent med hvordan et tynt lag silisium kan fås til å «tenke» ved å gjøre det om til en databrikke.

Andre endringer er mulige, spesielt å gi materialer naturlige egenskaper de aldri ville ha spontant i naturen. En måte å gjøre dette på er ved å endre strukturen på nanoskala.

Forskere ved Max Planck Institute (Tyskland), Institute for Emerging Electronic Technologies (Tyskland) og Universitetet i Wien (Østerrike) har funnet at de kan gjøre et materiale til en superleder ved å endre dets 3D‑konfigurasjon, og bygge komplekse nanostrukturer.

De kunngjorde oppdagelsen i Advanced Function Material1, under tittelen “Reconfigurable Three-Dimensional Superconducting Nanoarchitectures”.

Hvorfor 3D‑nanostrukturer er nøkkelen til å bryte 2D‑teknologigrensene

Mange nanoskala‑systemer er designet som enkle 2D‑ark, som gjør det mulig for forskere å manipulere dem presist.

Imidlertid gir overgangen til tre dimensjoner en mulighet til å overvinne grunnleggende begrensninger og oppnå nye funksjonaliteter.

For eksempel har begrensninger i miniaturisering av halvledere gjort at 2D‑enheter ikke lenger følger Moores lov. I stedet har industrien gått over til 3D‑stablet CMOS for høyere enhetstetthet og sammenkobling.

Tilsvarende, innen optikk, gir 3D‑metamaterialer ny kontroll over lysets egenskaper, som bredbåndspolarisering eller negative brytningsindekser, hver med et bredt spekter av potensielle anvendelser.

Det samme gjelder nå for ledere og superledere, med utviklingen av en prosess som fungerer som en 3D‑nanoprinter, som bygger strukturer ikke på en flat overflate, men i 3D.

Kvantemessige effekter i 3D‑superledende strukturer

Kvanteteorier innen partikkelfysikk har allerede forutsagt at 3D‑strukturer vil oppføre seg svært forskjellig fra 2D‑strukturer. Dette gjelder spesielt superledere, materialer uten elektrisk motstand, hvor 3D‑strukturer forventes å tillate lokal kontroll over superledende virvler.

Oppdagelsen av denne typen «magnetisk virvel» ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 2003, og var et viktig gjennombrudd i forklaringen på hvordan superledningsfenomener fungerer.

3D‑strukturering av superledende materiale bør også skape helt nye kvantefenomener (som den «nodale tilstanden i en superledende Möbius‑stripe») som forskere deretter kan bruke til å utvikle praktiske anvendelser.

Hvordan forskere bygde en 3D‑nanoprinter for superledere

Forskerne brukte 3D‑fokusert elektronstråle‑indusert avsetning (3D FEBID), en kjent metode for å bygge 3D‑nanostrukturer som hittil ikke har blitt brukt på superledende materialer.

De bygde en pyramideformet struktur med fire nanoskoptiske filamenter som støtter hverandre. Den er laget av superledende wolframkarbid (W‑C).

De bekreftet deretter at strukturen viser en skarp superledende overgang ved omtrent 5 K (-268 °C / -450 °F).

De målte deretter at virvlene kan bevege seg langs strukturen i en 3D‑bevegelse, og føre til langdistanseoverføring av informasjon og spenning. 3D‑strukturen kontrollerte også formen på virvlene.

Rekonfigurerbar superledning med magnetfelt

Ved å endre retningen på et magnetfelt kunne den superledende egenskapen i hovedsak slås av og på etter ønske, på grunn av virvelens form.

Dette muliggjorde opprettelsen av en fullstendig superledende (SC) 3D‑struktur, kun halvveis superledende, eller helt med normal elektrisk motstand (N).

Muligheten til å skape ulike superlednings‑tilstander innen strukturen blir enda mer interessant ettersom disse 3D‑strukturene kan bygges i serie og kobles sammen, ved bruk av et system kalt Josephson weak links.

“Vi fant at det er mulig å slå av og på superledningstilstanden i forskjellige deler av den tredimensjonale nanostrukturen, simpelthen ved å rotere strukturen i et magnetfelt.

På denne måten klarte vi å realisere en «rekonfigurerbar» superledende enhet!”.

Claire Donnelly – Lise Meitner gruppeleder ved MPI-CPfS

Dette åpner veien for å bygge komplekse superledende samlinger av individuelle underkomponenter, som nanoskoptiske opphengte broer.

 

 

Hvordan 3D‑superledere kan revolusjonere sensorer og kvantebrikker

Selv om det er ekstremt imponerende, kan det i første omgang være litt uklart hvordan denne mestringen av nanoskalas 3D‑utskrift av superledende materiale kan brukes i virkelige anvendelser.

For det første er det allerede kjent at Josephson‑svake koblinger kan brukes til å lage ultrasensitive magnetfelt‑sensorer. Tidligere måtte et slikt system integreres i designet av den 2D‑tynne filmen og var forhåndsbestemt. Med dette rekonfigurerbare systemet er en iboende fordel ved 3D‑strukturen at mye mer presise og kontrollerbare målinger kan gjennomføres.

Et annet område som kan dra nytte av dette er superlederbasert databehandling, inkludert energieffektiv nevromorfikk og kvanteberegning. Den økte sammenkoblingen og kompleksiteten som 3D‑geometrier gir, bør bidra til å lage mer komplekse og kraftige databrikker for disse systemene.

Til slutt kan dette danne byggeklossene for flerterminal‑3D‑koblinger og sammenkoblede matriser av rekonfigurerbare svake koblinger. Sammen bør dette radikalt endre hvordan en kvantecomputer kan bygges, og gå utover dagens 2D‑systemer. De bør også være mye mer fleksible, ettersom selve maskinvaren kan rekonfigureres.

Investering i superledningløsninger

American Superconductor Corporation: Investering i superledning i den virkelige verden

AMSC Prisdiagram

AMSC er et selskap som leverer energiløsninger for strømnettet, skip og vindenergi. Generelt, jo mer kraftkrevende eller massiv et system er, desto mer krever det superledningsteknologi for å unngå overoppheting.

Til tross for navnet leverer ASMC ikke bare superledningssystemer, men også for eksempel girdrivverk for vindmøller.

Selskapet drar nytte av flere vekstdrivere, inkludert trenden med elektrifisering og digitalisering (inkludert AI‑datasentre), tilbakeføring av amerikansk produksjonskapasitet, og behovet for at marine i den engelsktalende verden moderniserer seg som svar på økende geopolitiske risikoer.

Kilde: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]

I strømforsyningssegmentet har AMSC sett en jevn økning i bestillinger. Dette ble drevet av halvlederfabrikker som ønsker beskyttelse mot strømnettfluktuasjoner, hjelpe nettet med å håndtere den varierende naturen til fornybare energikilder, samt strømforsyning og kontroll på industrielle anlegg.

AMSC er hovedsakelig aktiv med Electrical Control Systems (ECS) i vindmøllesegmentet. Historisk sett var ESC et sterkt segment for selskapet med 2 MW‑vindmøller, men det har gradvis gått ned. AMSC sikter mot en oppsving takket være den nye 3 MW‑turbindesignet, med spesiell fokus på det indiske markedet.

 

For militære skip leverer ASMC «AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure», et system som endrer skipenes magnetiske signatur for å beskytte dem mot sjøminer. Dette selges til USAs, Canadas og Storbritannias marine, med bestillinger på 75 millioner dollar så langt.

Generelt er ASMC best på å utnytte superledningsteknologi i nisjeapplikasjoner som er levedyktige i dag, samtidig som de sannsynligvis er klare til å implementere ytterligere fremskritt i fremtiden.

Investorer bør også merke seg at aksjen har opplevd ekstrem volatilitet tidligere, og bør beregne risikoene deretter.

Siste American Superconductor Corporation (AMSC) aksjenyheter og utviklinger

Studier referert:

1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.Strukturelt kompleks faseingeniørkunst muliggjør hydrogen‑tolerante Al‑legeringer. Nature641, 358–364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2

mm

Jonathan er en tidligere biochemistforsker som arbeidet med genetisk analyse og kliniske forsøk. Han er nå en aksjeanalytiker og finansforfatter med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon The Eurasian Century.