21.10.2019

Создан интерфейс, позволяющий соединить напрямую сверхпроводники и полупроводники

Сверхпроводники, материалы, имеющие нулевое электрическое сопротивление при низких температурах достаточно широко используются при создании квантовых, нейроморфных и прочих подобных систем в настоящее время. Но, в тех же самых устройствах используются и традиционные полупроводники, материалы с частичной проводимостью, при помощи которых создаются цепи контроля и управления. И для эффективной работы подобных систем требуется наличие интерфейса между сверхпроводниками и полупроводниками, который не требует больших энергетических затрат и который был разработан буквально недавно.

Разработка интерфейса была выполнена учеными из Национального института Стандартов и Технологий, Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения и Ланкастерского университета, Великобритания. Эта группа ученых разрабатывала нейронные сети на сверхпроводящих элементах и, естественно, перед ними возникла задача создания интерфейса между сверхпроводниками и полупроводниками.

"Для того, чтобы создать нейроморфный компьютер, масштаб которого сопоставим с масштабом человеческого мозга, мы должны создать триллионы искусственных нейронов и обеспечить квинтиллионы связей между ними" - пишут исследователи, - "Для решения этой сложнейшей задачи нам приходится использовать сверхпроводники, оптоэлектронику и традиционную полупроводниковую электронику".

Созданный интерфейс между сверхпроводником и полупроводником представляет собой что-то вроде теплового переключателя, работающего за счет эффекта фазового перехода. Главным компонентом всего этого является нанопроводник из сверхпроводящего материала, который может находиться в двух разных фазах при той же самой температуре - в сверхпроводящей фазе и в фазе, имеющей сопротивление.

Когда через специальный проводник-нагреватель пропускается электрический ток, это вырабатывает тепло в виде фононов, воздействие которых переводит материал нанопроводника из сверхпроводящей фазы в фазу с сопротивлением. Отключение тока приводит к обратному эффекту и все это действует подобно обычному электрическому выключателю, только наноразмерного масштаба и работающего при температуре в несколько Кельвинов. Помимо этого, такой интерфейс выполняет функцию преобразования уровня сигналов от уровня, используемого в обычной электронике, к уровню сверхпроводящей электроники, который приблизительно в 1000 раз меньше.

Созданное учеными устройство является первым сверхпроводящим прибором, обеспечивающим очень большое изменение параметра проводимости активного элемента, соединяющего сверхпроводник и полупроводник. Помимо этого, для своей работы этот интерфейс требует гораздо меньшего количества энергии, чем другие подобные устройства.

В ближайшем времени исследователи планирую изготовить опытные образцы сверхпроводящих искусственных нейронов, которые будут соединяться с остальной оптико-электронной управляющей частью при помощи новых интерфейсов. После изучения и проверки эффективности работы таких нейронов, ученые смогут приступить к созданию полноценного нейроморфного компьютера, работа которого будет построена на принципах функционирования головного мозга и который будет идеальным решением для реализации систем искусственного интеллекта.

Источники:

1. dailytechinfo.org