การคำนวณ
การพิมพ์ 3 มิติแบบ Superconductive ช่วยพัฒนาการประมวลผลแบบควอนตัมได้อย่างไร
Securities.io ยึดมั่นในมาตรฐานการบรรณาธิการที่เข้มงวดและอาจได้รับค่าตอบแทนจากลิงก์ที่ได้รับการตรวจสอบ เราไม่ใช่ที่ปรึกษาการลงทุนที่ลงทะเบียนและนี่ไม่ใช่คำแนะนำการลงทุน โปรดดู การเปิดเผยพันธมิตร.
การผลิตในระดับนาโน: การสร้างอะตอมแห่งอนาคต
เมื่อนักวิทยาศาสตร์พัฒนาความเชี่ยวชาญในโลกแห่งวัตถุมากขึ้น กระบวนการผลิตของเราก็คาดว่าจะมีความแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ จากการหลอมโลหะอย่างหยาบๆ ในเตาหลอม ตอนนี้เราสามารถควบคุมอะตอมแต่ละอะตอมเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ ทรานซิสเตอร์ และอื่นๆ ขั้นสูงได้
ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของระดับการควบคุมที่เพิ่มขึ้นนี้คือความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุในระดับพื้นฐาน ตอนนี้ เราคุ้นเคยกับการทำให้ชั้นซิลิกอนบางๆ สามารถ "คิด" ได้โดยการเปลี่ยนมันให้กลายเป็นชิปคอมพิวเตอร์
การเปลี่ยนแปลงอื่นๆ อาจเกิดขึ้นได้ เช่น การทำให้วัสดุมีคุณสมบัติตามธรรมชาติที่ไม่เคยมีอยู่โดยธรรมชาติ วิธีหนึ่งที่จะทำได้คือการเปลี่ยนโครงสร้างของวัสดุในระดับนาโน
นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Max Planck (เยอรมนี) สถาบันเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์เกิดใหม่ (เยอรมนี) และมหาวิทยาลัยเวียนนา (ออสเตรีย) ค้นพบว่าพวกเขาสามารถเปลี่ยนวัสดุให้เป็นตัวนำยิ่งยวดได้โดยการเปลี่ยนการกำหนดค่า 3 มิติ ซึ่งจะสร้างโครงสร้างนาโนที่ซับซ้อนได้
พวกเขาได้ประกาศการค้นพบของพวกเขาในวัสดุฟังก์ชั่นขั้นสูง1ภายใต้ชื่อ “สถาปัตยกรรมนาโนซูเปอร์คอนดักเตอร์สามมิติที่ปรับเปลี่ยนได้"
เหตุใดโครงสร้างนาโน 3 มิติจึงเป็นกุญแจสำคัญในการทำลายขีดจำกัดของเทคโนโลยี 2 มิติ
ระบบในระดับนาโนหลายระบบได้รับการออกแบบให้เป็นแผ่น 2 มิติที่เรียบง่าย ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจัดการได้อย่างแม่นยำ
อย่างไรก็ตาม การขยายไปเป็นสามมิติจะเปิดโอกาสให้เอาชนะข้อจำกัดพื้นฐานและบรรลุฟังก์ชันการทำงานใหม่ ๆ
ตัวอย่างเช่น ข้อจำกัดในการย่อส่วนเซมิคอนดักเตอร์ทำให้อุปกรณ์ 2 มิติไม่เป็นไปตามกฎของมัวร์อีกต่อไป อุตสาหกรรมจึงหันไปใช้ CMOS แบบซ้อน 3 มิติแทน เพื่อความหนาแน่นของอุปกรณ์และการเชื่อมต่อระหว่างกันที่สูงขึ้น
ในทำนองเดียวกัน ในด้านออปติก เมตาแมทีเรียล 3 มิติให้การควบคุมใหม่เหนือคุณสมบัติของแสง เช่น โพลาไรเซชันแบนด์กว้างหรือดัชนีหักเหแสงลบ โดยแต่ละอย่างมีการใช้งานที่มีศักยภาพกว้างเป็นของตัวเอง
สิ่งเดียวกันนี้เป็นจริงกับตัวนำและตัวนำยิ่งยวดในปัจจุบัน โดยการสร้างกระบวนการทำงานเหมือนเครื่องพิมพ์นาโน 3 มิติ โดยสร้างโครงสร้างไม่ใช่บนพื้นผิวเรียบ แต่เป็นสามมิติ
ผลกระทบควอนตัมในโครงสร้างตัวนำยิ่งยวดสามมิติ
ทฤษฎีฟิสิกส์ของอนุภาคควอนตัมทำนายไว้แล้วว่าโครงสร้าง 3 มิติจะมีพฤติกรรมที่แตกต่างอย่างมากจากโครงสร้าง 2 มิติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่มีความต้านทานไฟฟ้า โดยคาดว่าโครงสร้าง 3 มิติจะช่วยให้สามารถควบคุมกระแสน้ำวนของตัวนำยิ่งยวดได้ในพื้นที่
การค้นพบ “กระแสน้ำวนแม่เหล็ก” ประเภทนี้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ. 2003 ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าสำคัญในการอธิบายการทำงานของตัวนำยิ่งยวด
ที่มา: รางวัลโนเบล
โครงสร้างสามมิติของวัสดุตัวนำยิ่งยวดควรจะสร้างปรากฏการณ์ควอนตัมใหม่ทั้งหมด (เช่น “สถานะโหนดในแถบเมอบิอุสตัวนำยิ่งยวด“ ) ซึ่งนักวิจัยสามารถนำไปใช้พัฒนาการประยุกต์ใช้งานจริงได้
นักวิทยาศาสตร์สร้างเครื่องพิมพ์นาโน 3 มิติสำหรับตัวนำยิ่งยวดได้อย่างไร
นักวิจัยได้ใช้การสะสมแบบเหนี่ยวนำด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่โฟกัส 3 มิติ (3D FEBID) ซึ่งเป็นวิธีที่รู้จักกันในการสร้างโครงสร้างนาโน 3 มิติ ซึ่งยังไม่เคยถูกใช้กับวัสดุตัวนำยิ่งยวดมาก่อน
พวกเขาสร้างโครงสร้างรูปพีระมิดที่มีเส้นใยนาโนจำนวน 4 เส้นรองรับซึ่งกันและกัน ทำจากทังสเตนคาร์ไบด์ตัวนำยิ่งยวด (WC)
ที่มา: วัสดุฟังก์ชั่นขั้นสูง
จากนั้นพวกเขาจึงยืนยันว่าโครงสร้างแสดงการเปลี่ยนแปลงของตัวนำยิ่งยวดที่ชัดเจนที่อุณหภูมิประมาณ 5°K (-268°C / -450°F)
จากนั้นพวกเขาจึงวัดว่ากระแสน้ำวนสามารถแพร่กระจายไปตามโครงสร้างในการเคลื่อนที่แบบ 3 มิติได้หรือไม่ และนำไปสู่การถ่ายโอนข้อมูลและแรงดันไฟฟ้าในระยะไกล โครงสร้าง 3 มิติยังควบคุมรูปร่างของกระแสน้ำวนอีกด้วย
ที่มา: วัสดุฟังก์ชั่นขั้นสูง
การนำยิ่งยวดที่กำหนดค่าใหม่ด้วยสนามแม่เหล็ก
การเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กทำให้คุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดสามารถเปิดและปิดได้ตามต้องการ โดยขึ้นอยู่กับรูปร่างของกระแสน้ำวน
ที่มา: วัสดุฟังก์ชั่นขั้นสูง
วิธีนี้ช่วยให้สร้างโครงสร้าง 3 มิติที่เป็นตัวนำยิ่งยวด (SC) เต็มรูปแบบ ซึ่งเป็นตัวนำยิ่งยวดเพียงครึ่งเดียว หรือทั้งหมดที่มีความต้านทานไฟฟ้าปกติ (N)
ที่มา: วัสดุฟังก์ชั่นขั้นสูง
ความเป็นไปได้ในการสร้างสถานะตัวนำยิ่งยวดที่แตกต่างกันภายในโครงสร้างมีความน่าสนใจมากขึ้น เนื่องจากโครงสร้าง 3 มิติเหล่านี้สามารถสร้างเป็นชุดและเชื่อมโยงเข้าด้วยกันได้โดยใช้ระบบที่เรียกว่า ลิงค์ที่อ่อนแอของโจเซฟสัน.
“เราพบว่าเป็นไปได้ที่จะเปิดและปิดสถานะตัวนำยิ่งยวดในส่วนต่างๆ ของโครงสร้างนาโนสามมิติ โดยเพียงแค่หมุนโครงสร้างในสนามแม่เหล็ก”
ด้วยวิธีการนี้ เราจึงสามารถสร้างอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดที่ "สามารถกำหนดค่าใหม่ได้" ได้!
สิ่งนี้เปิดทางไปสู่การสร้างชิ้นส่วนย่อยที่ซับซ้อนของตัวนำยิ่งยวดแต่ละชิ้น เช่น สะพานแขวนระดับนาโน
ที่มา: วัสดุฟังก์ชั่นขั้นสูง
ซูเปอร์คอนดักเตอร์ 3 มิติจะปฏิวัติเซ็นเซอร์และชิปควอนตัมได้อย่างไร
แม้จะน่าประทับใจอย่างยิ่ง แต่ในตอนแรกอาจจะยังไม่ชัดเจนว่าความเชี่ยวชาญในการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุตัวนำยิ่งยวดในระดับนาโนนี้สามารถนำไปใช้กับการประยุกต์ใช้ในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างไร
ประการแรก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าลิงก์อ่อนของโจเซฟสันสามารถใช้สร้างเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กที่มีความไวสูงได้ ก่อนหน้านี้ ระบบดังกล่าวจำเป็นต้องรวมเข้าไว้ในการออกแบบฟิล์มบาง 2 มิติและกำหนดไว้ล่วงหน้า ด้วยระบบที่กำหนดค่าใหม่นี้ ข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติของโครงสร้าง 3 มิติคือสามารถใช้งานการวัดที่แม่นยำและควบคุมได้มากขึ้น
อีกสาขาหนึ่งที่ได้รับประโยชน์คือการคำนวณแบบตัวนำยิ่งยวด ซึ่งรวมถึงการคำนวณแบบนิวโรมอร์ฟิคประหยัดพลังงานและการคำนวณแบบควอนตัม การเชื่อมต่อและความซับซ้อนที่เพิ่มมากขึ้นที่เกิดจากเรขาคณิตสามมิติควรช่วยสร้างชิปการคำนวณที่ซับซ้อนและทรงพลังยิ่งขึ้นสำหรับระบบเหล่านี้
ในที่สุดแล้ว สิ่งนี้อาจสร้างองค์ประกอบพื้นฐานของจุดเชื่อมต่อ 3 มิติแบบหลายเทอร์มินัลและอาร์เรย์ที่เชื่อมต่อกันของจุดเชื่อมต่อที่อ่อนแอและกำหนดค่าใหม่ได้ เมื่อนำมารวมกันแล้ว สิ่งเหล่านี้ควรเปลี่ยนแปลงวิธีการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมอย่างสิ้นเชิง โดยก้าวข้ามระบบ 2 มิติในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังควรมีความยืดหยุ่นมากขึ้น เนื่องจากฮาร์ดแวร์เองสามารถกำหนดค่าใหม่ได้
การลงทุนในโซลูชันการนำยิ่งยวด
American Superconductor Corporation: การลงทุนในตัวนำยิ่งยวดในโลกแห่งความเป็นจริง
(AMSC )
AMSC เป็นบริษัทที่ให้บริการโซลูชันด้านพลังงานสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า เรือ และพลังงานลม โดยทั่วไป ยิ่งระบบกินไฟมากหรือมีขนาดใหญ่มากเท่าใด ก็ยิ่งต้องใช้เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปมากขึ้นเท่านั้น
แม้ว่าจะมีชื่อเรียกว่า ASMC แต่ ASMC ไม่เพียงแต่จำหน่ายระบบตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น แต่ยังจำหน่ายระบบส่งกำลังแบบเฟืองสำหรับกังหันลมอีกด้วย
บริษัทมีปัจจัยกระตุ้นการเติบโตหลายประการ รวมถึงแนวโน้มการใช้ไฟฟ้าและดิจิทัล (รวมถึงศูนย์ข้อมูล AI) การย้ายฐานการผลิตของสหรัฐฯ กลับมายังสหรัฐฯ และความจำเป็นที่กองทัพเรือของภูมิภาคที่พูดภาษาอังกฤษจะต้องปรับปรุงให้ทันสมัยเพื่อตอบสนองต่อความเสี่ยงทางภูมิรัฐศาสตร์ที่เพิ่มมากขึ้น
ในส่วนของแหล่งจ่ายไฟ AMSC พบว่ามีคำสั่งซื้อเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยได้รับแรงผลักดันจากโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการปกป้องจากความผันผวนของระบบไฟฟ้า ช่วยให้ระบบไฟฟ้าสามารถรับมือกับธรรมชาติที่ไม่แน่นอนของพลังงานหมุนเวียน รวมถึงแหล่งจ่ายไฟและระบบควบคุมในโรงงานอุตสาหกรรม
AMSC เน้นไปที่ระบบควบคุมไฟฟ้า (ECS) ในกลุ่มกังหันลมเป็นส่วนใหญ่ ในอดีต ESC เป็นกลุ่มธุรกิจที่แข็งแกร่งสำหรับบริษัทด้วยกังหันลมขนาด 2 เมกะวัตต์ แต่ปัจจุบันกลุ่มธุรกิจดังกล่าวมีแนวโน้มลดลง AMSC ตั้งเป้าที่จะฟื้นตัวด้วยการออกแบบกังหันลมขนาด 3 เมกะวัตต์ใหม่ โดยเน้นเป็นพิเศษที่ตลาดอินเดีย
สำหรับเรือรบ ASMC จัดหา “ระบบป้องกันทุ่นระเบิดแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงของ AMSC” ซึ่งเป็นระบบที่ปรับเปลี่ยนลายเซ็นแม่เหล็กของเรือเพื่อป้องกันทุ่นระเบิดในทะเล ระบบนี้จำหน่ายให้กับกองทัพเรือสหรัฐฯ แคนาดา และสหราชอาณาจักร โดยมีมูลค่าคำสั่งซื้อ 75 ล้านดอลลาร์สหรัฐ
โดยรวมแล้ว ASMC เป็นเลิศในการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดในแอปพลิเคชันเฉพาะที่สามารถทำได้ในปัจจุบัน ในขณะเดียวกันก็พร้อมที่จะปรับใช้ความก้าวหน้าเพิ่มเติมในอนาคต
นักลงทุนควรทราบด้วยว่าหุ้นตัวนี้เคยมีความผันผวนอย่างมากในอดีต และควรคำนวณความเสี่ยงให้เหมาะสม
ล่าสุด บริษัท ซุปเปอร์คอนดักเตอร์แห่งอเมริกา (บบส) ข่าวและความคืบหน้าหุ้น
การศึกษาที่อ้างอิง:
1. เจียง ส. ซู ย. วัง อาร์. เอตอัลวิศวกรรมเฟสที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนช่วยให้สามารถสร้างโลหะผสม Al ที่ทนต่อไฮโดรเจนได้ ธรรมชาติ641, 358 – 364 (2025) https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2
