美國麻省理工大學(xué)(MIT)研究人員發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)材料的厚度、溫度和電阻之間滿足一種新的數(shù)學(xué)關(guān)系：材料的超導(dǎo)性與薄膜厚度、臨界溫度和薄膜電阻成比例。所有超導(dǎo)體中都存在這種關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)揭示了超導(dǎo)的性質(zhì)，有望帶來設(shè)計更好的超導(dǎo)線路，用在量子計算和超低能耗計算中。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《物理評論快報B輯》上。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，“利用這一知識，我們能造出比以往更大面積的設(shè)備，產(chǎn)量也會顯著提高。”論文第一作者、MIT電子設(shè)備研究實驗室博士后亞欽·伊夫里說，“薄膜讓人們更接近‘從超導(dǎo)到絕緣’的轉(zhuǎn)變。超導(dǎo)是取決于電子集體行為的一種現(xiàn)象，只要讓材料越來越小，就能開啟這種集體行為。”
伊夫里專門研究氮化鈮薄膜。氮化鈮是一種熱門超導(dǎo)材料，因為從它的“體形”來看，它的“臨界溫度”相對較高。臨界溫度是從普通金屬變?yōu)槌瑢?dǎo)體的轉(zhuǎn)折點。但像大多數(shù)超導(dǎo)體一樣，把它沉淀在納米設(shè)備上作為薄膜時，臨界溫度更低。
在以往理論框架中，氮化鈮的臨界溫度是膜厚度或室溫下檢測電阻的函數(shù)。研究小組進行了一系列實驗，他們保持厚度或“薄膜電阻”(單位面積的材料電阻)不變而改變其他參數(shù)，然后檢測臨界溫度的變化。結(jié)果一種清晰的關(guān)系顯現(xiàn)出來：厚度乘以臨界溫度等于一個常數(shù)A除以薄膜電阻的B次冪：dTc=ARs-B，d為薄膜厚度，Tc為臨界溫度，Rs為薄膜電阻，A、B為常數(shù)。
推導(dǎo)出這一公式后，伊夫里查了過去46年相關(guān)文獻中多種超導(dǎo)材料的數(shù)據(jù)，進行再次檢驗。拓寬到其他超導(dǎo)體后，他發(fā)現(xiàn)對每種新材料，公式中的常數(shù)A和B都是不同的，但方程通式對三十多種不同的超導(dǎo)體都適用。而且A和B之間呈直線關(guān)系，由此還能把公式中的常數(shù)簡化為一個。更有趣的是，在AB關(guān)系直線的兩端，材料有著完全不同的物理性質(zhì)。在頂端是高度混亂無序的，在底端則更加有序。
“迄今為止還沒有一個廣為接受的理論，能從臨界溫度和薄膜電阻、厚度之間的關(guān)系上解釋這么多種材料。目前有許多模型，但不能預(yù)測這么多。”法國替代能源與原子能委員會超導(dǎo)研究員克勞德·查普爾說，“這對技術(shù)應(yīng)用來說非常便利。以往在成果出來以前，沒人知道設(shè)計的超導(dǎo)膜能否用于設(shè)備，現(xiàn)在按這個法則來選，事先就已知道它是不是好用。”(常麗君)