最佳高溫超導二極管或出現，可為量子計算等新興行業提供動力
發布時間：2023年12月25日
來源：科技日報
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幾十年來，超導體一直是物理學界研究的熱點。但這些允許電子完美、無損流動的材料，通常只在非常低的溫度下（比絕對零度高幾度）才表現出這種量子力學特性。美國哈佛大學一個研究團隊展示了一種新策略，可制造和操縱銅酸鹽高溫超導體，為在以前無法獲得的材料中設計新的超導形式掃清了道路。
使用一種獨特的低溫器件制造方法，研究團隊在最新一期《科學》雜志上報告了世界上第一個有希望的高溫超導二極管。其本質是一種使電流單向流動的開關，由薄的銅酸鹽晶體制成。從理論上講，這樣的設備可為量子計算等新興行業提供動力。
銅酸鹽是一種銅氧化物。幾十年前，它顛覆了物理界，因為它在比理論家認為的可能溫度高得多的溫度下成為超導體。然而，由于這些材料復雜的電子和結構特征，在不破壞其超導相的情況下處理這些材料是非常困難的。
鉍鍶鈣銅氧化物，通常稱為BSCCO。此次實驗中，研究人員使用超純氬氣中的無空氣低溫晶體操縱方法，在銅酸鹽的兩層極薄的BSCCO之間設計了一個干凈的界面。BSCCO被認為是一種“高溫”超導體，因為它在大約零下177℃的溫度下開始產生超導現象，這一溫度在超導體中高得驚人。要產生超導現象，通常必須冷卻到零下240℃左右。
研究人員首先將BSCCO分成兩層，每一層的寬度都是人類頭發絲寬度的千分之一。然后，在零下90℃的溫度下，研究人員將兩個層以45度扭轉的方式堆疊在一起，這就保持了脆弱界面的超導性。
團隊發現，根據電流方向的不同，可無電阻通過界面的最大超電流是不同的。該團隊還通過反轉這種極性，展示了對界面量子態的電子控制。正是這種控制使他們能夠制造出可切換的高溫超導二極管。