Kvantmaterial är en typ av udda ämnen som kan vara många gånger effektivare att leda elektricitet genom våra iPhones än det vanliga konduktorkislet - om bara fysiker kan knäcka hur sakerna fungerar.

En fysiker från University of Michigan har kommit ett steg närmare med att beskriva ett nytt kvantmaterial, ytterbium dodecaboride, eller YbB12, och avbildning hur effektivt elektricitet leds genom detta material. Demonstrationen av detta materialets konduktivitet kommer att bidra till att forskare förstår spinnet, avgift, och energiflöde i dessa elektromagnetiska material.

YbB12 är en mycket ren kristall som är ovanlig i den delar egenskaperna hos både ledare och isolatorer. Det är, huvuddelen av YbB12 är en isolator och leder inte elektricitet, medan dess yta är utomordentligt effektiv för att leda elektricitet. Men forskare behövde kunna mäta exakt hur bra på att leda elektricitet detta material är.

"Just nu, vi använder en telefon för att prata. Inuti telefonen finns dess viktigaste delar:en transistor av kisel som leder elektricitet genom enheten, "sa projektledaren Lu Li, U-M docent i fysik. "Dessa kiselhalvledare använder huvuddelen av sitt eget material för att skapa en väg för elektrisk ström. Det gör det svårt att göra elektroniska enheter snabbare eller mer kompakta."

Att byta ut telefonens kiseltransistorer mot sådana som är gjorda av kvantmaterial skulle göra telefonen mycket snabbare - och mycket lättare. Det beror på att transistorerna inuti enheten skulle leda elektricitet mycket snabbt på sina ytor, men kan göras mycket mindre, med en lättare kärna under ett lager av metallens isolerande inre.

Kvantmaterial skulle inte begränsas till att driva våra telefoner. De kan användas i kvantberäkning, ett fält som fortfarande är i sin linda, men som kan användas för cybersäkerhet. Våra datorer fungerar för närvarande genom att bearbeta data i binära siffror:0 och 1. Men det finns en gräns för hur snabbt datorer kan bearbeta data på detta sätt. Istället, kvantdatorer skulle använda kvantegenskaperna hos atomer och elektroner för att bearbeta information, öppnar möjligheten att bearbeta enorma mängder information mycket snabbare.

Li studerade YbB12 för att förstå materialets elektroniska signatur, som berättar för forskare hur bra ett material leder elektricitet. I en ren metall som leder elektricitet mycket effektivt, elektroner bildar kluster i metallerna.

Svängningarna i dessa kluster leder till svängningar av materialets elektriska motstånd. Denna svängning berättar för forskare hur effektivt materialet kan leda elektricitet. I den här studien, Li kunde mäta oscillationen av motstånd hos en bulkisolator, ett problem han försökt lösa i fyra år.

För att mäta denna svängning, Li använde en mycket kraftfull magnet i ett laboratorium vid National High Magnetic Field Laboratory i Florida. Denna magnet liknar en magnet som du skulle använda för att fixa ett foto till ditt kylskåp, säger Li, men många gånger starkare. En kylmagnet har ett drag på cirka 0,1 Tesla, en måttenhet för magnetfältet. Magneten vid laboratoriet i Florida har ett drag på 45 Tesla. Det är ungefär 40 gånger kraftfullare än magneten som används i en MR -maskin.

För att mäta effektiviteten hos YbB12, Li sprang en elektrisk ström genom provet i närvaro av magneten. Sedan, han undersökte hur mycket den elektriska spänningen sjönk genom hela provet. Det berättade för Li hur mycket motstånd som fanns i materialet.

"Vi fick äntligen rätt bevis. Vi hittade ett material som var en bra isolator på insidan, men vid dess yta var en bra ledare - så bra att vi kan skapa en elektrisk krets på den ledaren, "Sa Li." Du kan tänka dig att du kan ha en krets som rör sig så snabbt som man kan tänka sig på en tonåring, liten yta. Det är vad vi hoppas kunna uppnå för framtida elektronik. "

Studien visas online i tidskriften Vetenskap .