一個(gè)令人驚訝的新超導(dǎo)體

去年9月，CIRES化學(xué)家和儀器設(shè)計(jì)師Don David及其同事Dave Pappas和標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的Xian Wu發(fā)現(xiàn)了一種強(qiáng)大的新型電鍍金屬組合，在易于達(dá)到的溫度下超導(dǎo) - 為開(kāi)發(fā)中的下一個(gè)關(guān)鍵步驟鋪平了道路尖端的超級(jí)計(jì)算機(jī)。大衛(wèi)和他的同事剛剛發(fā)布了新配方：夾在金層之間的超薄錸層，每層測(cè)量的人發(fā)直徑的1/1000，可以在超過(guò)6開(kāi)爾文的臨界溫度下超導(dǎo)。

“臨界溫度的絕對(duì)值是出乎意料的，”CIRES 綜合儀器開(kāi)發(fā)設(shè)施主任Don David 和本周發(fā)表在應(yīng)用物理快報(bào)上的論文的合著者說(shuō)道。“我們一直在思考如何為金和銅薄膜賦予超導(dǎo)特性，我們對(duì)電鍍稀薄薄層的堅(jiān)固性和有效性感到驚訝。”

超導(dǎo)體是冷卻到臨界溫度時(shí)電阻為零的材料。該溫度通常非常低并且獲得的成本很高。該團(tuán)隊(duì)的電鍍錸滿(mǎn)足用于超快速下一代計(jì)算應(yīng)用的電路板所需的理想特性：在更高，更易于實(shí)現(xiàn)的臨界溫度下超導(dǎo)，易于機(jī)械，無(wú)毒和高溫熔化。這一新發(fā)現(xiàn)已引起國(guó)際計(jì)算巨頭的關(guān)注。

電鍍，這個(gè)過(guò)程使電流通過(guò)溶解金屬的水溶液，在水下物體上形成金屬涂層，這是David幾乎每天都要做的事情。大衛(wèi)的工作在研究界有很高的需求：他和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)電鍍儀器支持科學(xué)，如帶電粒子光學(xué)器件和低溫應(yīng)用組件，在這種情況下，為NIST的團(tuán)隊(duì)提供電路板。他們正在為NIST 的Pappas 量子加工集團(tuán)尋找可能超導(dǎo)的金屬鍍層。團(tuán)隊(duì)未能成功嘗試多種組合，然后有一天David的NIST同事Xian Wu建議他們嘗試使用錸：一種高熔點(diǎn)的硬質(zhì)微量金屬，通常用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)的構(gòu)造。

該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了電阻，并很高興看到它超導(dǎo)至6K，遠(yuǎn)高于液氦的沸騰溫度(4.2 K)。該團(tuán)隊(duì)正在研究氫結(jié)合，界面和應(yīng)變對(duì)增強(qiáng)的超導(dǎo)溫度的作用。但無(wú)論增強(qiáng)的原因是什么，能夠電鍍超導(dǎo)體是未來(lái)高性能超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的巨大進(jìn)步。

在每臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)部都有一塊電路板：一個(gè)分層的電子板，蝕刻有數(shù)千個(gè)導(dǎo)電通路。被稱(chēng)為“位”的電信息脈沖全速運(yùn)行，執(zhí)行計(jì)算機(jī)的功能。在常規(guī)計(jì)算機(jī)中，這些電脈沖受到包括電路板的材料的阻礙 - 電阻減慢了電路周?chē)碾娮?，并且浪費(fèi)的能量變成熱量。但是對(duì)于超導(dǎo)體，電阻幾乎為零，因此沒(méi)有加熱。這種效率將導(dǎo)致極其快速和強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

超導(dǎo)體并不新鮮，但新論文提供的證據(jù)表明，電鍍錸可能是迄今為止超導(dǎo)計(jì)算機(jī)電路板構(gòu)造中發(fā)現(xiàn)的最佳材料。許多其他超導(dǎo)材料，如汞或鉛，難以機(jī)械加工，焊接性能差或在過(guò)低的溫度下熔化。David說(shuō)，更令人印象深刻的是，電鍍工藝很容易擴(kuò)大到大規(guī)模生產(chǎn)。