【導讀】
尋找與半導體二極管相似（semiconducting diode）的新突超導約瑟夫森二極管（Josephson diode），自其理論提出以來，破范一直在尋找多種物理實現途徑。德瓦通過約瑟夫森耦合，異質約瑟它具有無磁場、結構極管單向超導性，無場將成為下一代超導電路技術的夫森基石。
【成果掠影】
今日德國馬克斯普朗克微觀結構物理學研究所Mazhar N. Ali教授團隊聯合深圳大學曾昱嘉教授團隊通過制造NbSe2/Nb3Br8/NbSe2的材料反轉對稱破壞范德華異質結構來實現約瑟夫森二極管。通過證明，新突即使沒有磁場，破范結也可以在正電流下超導，德瓦同時在負電流下具有電阻性。異質約瑟ΔI c行為（正和負臨界電流之間的結構極管差異）與磁場是對稱的，并且通過弗勞恩霍夫模式證明了約瑟夫森耦合。無場此外，夫森以非常低的開關電流密度、高整流比和高魯棒性實現了方波激勵的穩定半波整流。這種非互易行為強烈違反了已知的約瑟夫森關系，并為通過量子材料與約瑟夫森結的整合打開了發現新機制和物理現象的大門，并為超導量子器件提供了新途徑。相關成果以“The field-free Josephson diode in a van der Waals heterostructure”發表在Nature上。文章通訊作者為德國馬克斯普朗克微觀結構物理學研究所Mazhar N. Ali和Heng Wu。
【數據概況】
圖 1：JD 在零場的示意圖和超導性。
圖 2：JD 在 20 mK 和零場下的半波整流和耐久性測試。
圖 3： I?c和 Δ?I?c的磁場依賴性。
圖 4：JD 的臨界電流圖和二次諧波電阻。
【成果啟示】
未來通過調整屏障的幾何形狀或類型來優化無場“約瑟夫森二極管”架構可以產生更理想的二極管行為。創造更多的量子材料約瑟夫森結，例如這里展示的那些，可以通過勢壘的內在特性的影響揭示導致新的或異常的約瑟夫森現象的涌現現象。未來的工作將具有拓撲狀態、鐵電性、磁電性、非共線磁性、OAI 和扭曲異質結構的涌現特性等特性的材料與超導電極結合起來，可能會實現新的約瑟夫森現象。因此，使用量子材料創造超導電子產品的機會是巨大的，而且才剛剛開始。
參考文獻：Wu, H., Wang, Y., Xu, Y.?et al.?The field-free Josephson diode in a van der Waals heterostructure.?Nature?604,?653–656 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04504-8
本文由春國供稿。
