日期:2022/06/06 IAE
創造電子的未來 高溫超導材料和可擴展的設備架構釋放了超導技術工業應用的潛力
Creating the future of electronics high-temperature superconducting materials and scalable device architectures unlock the potential for industrial applications of superconducting technology.
要了解 材料之間的區別，重要的是要了解兩件事：
首先，一種材料與另一種材料的區別是什麼？材料由其晶體結構或晶格定義。原子相對於彼此的位置在晶格內是固定的，晶格不斷重複自身以構成材料。
其次，我們如何創造材料？我們通常使用薄膜外延，這是通過在晶體襯底頂部沉積材料層來生長薄膜的過程。當我們提到 a 與 c 材料時，我們實際上是指外延生長相對於襯底的方向。如果使用 a、b 和 c 軸定義三維晶格，則 a 軸生長將使 a 軸垂直於襯底取向，而 c 軸生長將具有垂直於襯底取向的 c 軸. YBCO 包含的銅原子平面很好地說明了這種差異：
YBCO 格子。 YBCO的晶體結構。 Rswarbrick，CC BY-SA 3.0，來自維基共享資源。
YBCO 格子。 YBCO的晶體結構。 Rswarbrick，CC BY-SA 3.0，來自維基共享資源。
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C 外延生長。 銅平面就像堆疊的紙片。
外延生長。 銅平面就像牆一樣彼此相鄰
那麼，為什麼你更喜歡一種方向而不是另一種呢？我們將繼續探索 YBCO 的例子，但銅酸鹽和其他超導體的許多考慮因素將是相似的。
C軸增長更容易。從技術上講，c 軸增長在運動學上是有利的——大自然更喜歡這種配置，因為它需要更少的工作來完成。出於這個原因，像 YBCO 這樣的超導材料通常沿 c 軸生長。
沿不同軸的材料屬性可能不同。例如，超導相干長度是庫珀對中兩個電子之間的平均距離。一般來說，更穩定的超導態具有更長的相干長度。 YBCO 中的銅平面傾向於阻礙 c 方向的超導性。由此產生的相干長度在 a 方向為 2 納米，在 b 方向為 2 納米，在 c 方向為 0.2 到 0.4 納米（小 5 到 10 倍），因此超電流更喜歡在 a-b 銅平面中流動。這種基本偏好為 a 軸器件提供了優於 c 軸器件的固有架構優勢：電流在 c 軸材料中水平流動（平行於襯底），但電流可以水平和垂直（平行和垂直於襯底）在 c 軸材料中流動軸材料。
這意味著 a 軸設備更容易製造，並且可以解鎖新的設備和電路架構。約瑟夫森結是這個討論的好例子。約瑟夫森結是許多超導電子設備的基本組件，如傳感器、量子計算機和節能經典計算機。請注意，與傳統的 相比，有三層約瑟夫森結要簡單得多：
三層約瑟夫森結的橫截面。 這種a軸結構可以在一台機器上通過一個連續的生長過程來實現。
斜坡邊緣約瑟夫森結的示例橫截面。 這種 結構需要在單獨的機器上進行三到五次生長和蝕刻工藝。
這種 a 軸設計的簡單性、靈活性和可擴展性具有超導電子產品大規模商業化的潛力。 如果您想了解更多關於 a 軸 Josephson 連接點的信息，我們已經將整個部分專門用於介紹它們。
創造電子的未來
高溫超導材料和可擴展的設備架構釋放了超導技術工業應用的潛力。
約瑟夫森路口
如果說晶體管是最基本的半導體器件，那麼約瑟夫森結（JJ）就是最基本的超導器件。 JJ 是傳感器、量子計算機和高性能或節能經典計算機的構建塊。 當連續的超導體被非超導屏障（例如絕緣體或半導體）中斷時，就會出現 JJ。 如果勢壘足夠小，電子可以在沒有電阻的情況下量子隧穿勢壘。 我們可以通過控制電路中的電流和電壓來控制一個結上的超電流是直流電（DC）還是高頻交流電（AC）。 製作 JJ 有許多不同的方法，但我們專注於三層隧道結有以下三個原因：
多功能性
我們可以控制垂直和水平方向的電流。 這種靈活性解鎖了更複雜的電路集成，例如堆疊芯片架構。 先進的半導體研究人員正在開發垂直結構，例如 IBM 和三星的新型垂直傳輸場效應晶體管 (VTFET)，以提高半導體電路的性能和能效。 Ambature 的 HTS 三層 JJ 可以為超導電路帶來類似的好處。
可擴展性
大批量製造對於成熟半導體市場中超導電路的競爭力至關重要。 我們成功地將 HTS 製造的複雜性從製造轉移到晶圓的外延生長。 我們的 JJ 可以使用標準的矽製造設備精確地大批量製造。 我們特意使用標準的矽晶圓廠設備，讓代工廠更容易採用我們的技術。 無論堆疊芯片架構如何，隧道結的功能佔位面積也比其他類型的結（如階梯邊緣結或斜坡邊緣結）更小，從而實現更大的芯片密度。
表現
隧道結表現出高特徵頻率。 高頻在用於高性能計算 (HPC) 的超導電路中很有用，因為它們可以為數百吉赫茲提供時鐘。 雖然時鐘速度絕不是決定處理器性能的唯一因素，但更高的時鐘速度確實可以每秒執行更多的基本操作。
IAE國際學士院（全球）慈善經濟
「全球數位金融 國家寶藏（NATS）共融超導體IP專利永續發展計劃」
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I.A.E.國際學士院簡介：
（↑詳細內容 敬請點入）
國際學士院（International Academy of Education, I.A.E.）是世界上歷史最悠久的的學術研究單位之一，成立於17 世紀的「啟蒙運動」時期，當其時也正是人類開啟現代化思潮、發展現代科學最重要的時代，繼而開創了改變人類歷史最重要的工業革命。國際學士院為跨國性的學術審議聯盟單位，由散佈於世界各國的學士院共同組成；起源於西元1660 年的英國學士院，也就是現在的英國皇家學會（The Royal Society），位居英國五大學術院之首；繼而於西元1668 年由「英國劍橋大學」學院派的學者發起、結合全球十三個皇家貴族正式組成『國際學士院』（以下簡稱學士院），並獲得英國女皇的承認。國際學士院I.A.E. 為國際間的自然法人，其屬性與「聯合國」(U.N.) 的組織相同，是具有三百五十年優良歷史的國際「非政府」學術組織；然而，通過國際間的學歷互相認證制度，國際學士院I.A.E. 所核定的文憑亦可獲得具有各國政府承認之合法學術資格。
I.A.E. 國際學士院為聯合國（U.N.）所承認之國際教育學院組織（The International Academy of Education ），【「同時是國際間少數擁有推薦「諾貝爾獎候選人」】資格的評鑑單位之一；因此經過國際學士院I.A.E. 教授團評議委員會及全球學術審議會所認證的『全球暨亞洲唯一Top1%產官學研教高學術學位』、【教授，特聘教授資格與身分（全球）】，【SDGs獎（全球），ESG獎（全球），創新獎（全球）、幸福企業（全球）】，【聯合國科教文組織、日本皇家識別章】、【瑞典諾貝爾獎候選人 推薦函】與【全球暨亞洲1000大企業 推薦要職委任狀】，均受聯合國190多個會員國國際公法的保障，具有相當Top1%產官學研教之諾貝爾獎候選人，身分崇高的社會榮譽與表徵，其殊榮在世界各地均可受到尊重與重要職位任聘。