“電流正向和反向的電阻竟然不同?中國科學(xué)家在一種新型超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)了神奇的‘電流二極管’效應(yīng)!這一發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)超導(dǎo)理論，還可能為拓?fù)淞孔佑?jì)算打開一扇新的大門……”

上海科技大學(xué)李軍研究員團(tuán)隊(duì)在Kagome超導(dǎo)體CsV?Sb?中首次觀測(cè)到強(qiáng)烈的非互易電荷輸運(yùn)現(xiàn)象，相關(guān)成果發(fā)表于Research Square(預(yù)印本)。這項(xiàng)研究為何引發(fā)學(xué)界轟動(dòng)?它的創(chuàng)新性體現(xiàn)在哪里?今天，我們就來深度解析這一“黑科技”背后的科學(xué)突破!

Part1：顛覆認(rèn)知——超導(dǎo)體也能“整流”? ——(核心創(chuàng)新點(diǎn)1：發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象)

傳統(tǒng)超導(dǎo)體(如鋁、鈮)的電流-電壓響應(yīng)是完全對(duì)稱的，但研究團(tuán)隊(duì)在CsV?Sb?中首次發(fā)現(xiàn)：

●正向電流和反向電流的電阻不同(非互易輸運(yùn))，類似半導(dǎo)體二極管的“整流效應(yīng)”。

●該效應(yīng)強(qiáng)度媲美人工設(shè)計(jì)的非中心對(duì)稱超導(dǎo)體，但CsV?Sb?是天然晶體，無需復(fù)雜加工!

●這一現(xiàn)象暗示，Kagome超導(dǎo)體可能存在隱藏的對(duì)稱性破缺或拓?fù)浔Ｗo(hù)的手性態(tài)，為超導(dǎo)理論提供了全新案例。

圖1. 超導(dǎo)表征. (a) CsV3Sb5 晶體結(jié)構(gòu).(b) 覆蓋有 h-BN 的樣品的光學(xué)圖像.(c) 歸一化電阻與不同厚度溫度的函數(shù)關(guān)系.(d) 80 nm 厚樣品的霍爾電阻(紅色)和微分電阻(藍(lán)色)的溫度依賴性。

Part2：技術(shù)革命——如何捕捉“幽靈信號(hào)”?——研究團(tuán)隊(duì)用到了兩項(xiàng)“黑科技”

1.OE1022鎖相放大器：

●檢測(cè)二次諧波電壓信號(hào)(V2ω)，靈敏度比傳統(tǒng)直流測(cè)量高100倍!

●相位鎖定在π/2，成功濾除噪聲，捕捉到微弱的非線性響應(yīng)。

2.PPMS極端環(huán)境調(diào)控：

●在接近絕對(duì)零度(~2K)和強(qiáng)磁場(chǎng)(~10T)下，精確控制渦旋運(yùn)動(dòng)方向。

“就像在暴風(fēng)雪中聽清一根針落地的聲音——鎖相放大器就是科學(xué)家的‘超級(jí)助聽器’?！?/p>

圖2. (a) (b)分別沿 ab 平面和 c 軸應(yīng)用的 B 下的第一(頂部)和第二(底部)諧波信號(hào)的 R - T 曲線。 虛線是二次諧波信號(hào)起始溫度的指南。(C)B = 0.1 T 下 - T 曲線的過渡區(qū)域。紅色虛線是順導(dǎo)貢獻(xiàn)的 Aslamazov-Larkin 擬合曲線。

圖3.圖(a) & (b): 磁場(chǎng)依賴的非互易輸運(yùn)(固定電流I=0.1 mA)低溫下增強(qiáng)反映超導(dǎo)序參量對(duì)非互易效應(yīng)的主導(dǎo)作用;圖(c) & (d): 溫度依賴的非互易輸運(yùn)，飽和行為可能反映拓?fù)浔砻鎽B(tài)在深低溫下的主導(dǎo)貢獻(xiàn)。

Part3：殺手锏——多峰分裂與符號(hào)反轉(zhuǎn)——(核心創(chuàng)新點(diǎn)3：發(fā)現(xiàn)反常行為)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了教科書上沒有的現(xiàn)象

●二次諧波電阻(R2ω)分裂成多個(gè)峰，且某些峰隨磁場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)改變正負(fù)號(hào)。

●團(tuán)隊(duì)提出：這可能是拓?fù)浔砻鎽B(tài)與超導(dǎo)渦旋耦合的結(jié)果，暗示存在手性超導(dǎo)序參量。

這種復(fù)雜的峰結(jié)構(gòu)，就像超導(dǎo)版的‘摩爾斯電碼’，正在傳遞我們尚未破譯的物理密碼。

圖4：Kagome超導(dǎo)體CsV?Sb?中非互易輸運(yùn)行為(Nonreciprocal Charge Transport)與電流、磁場(chǎng)方向的依賴關(guān)系。

Part4：未來應(yīng)用—從量子計(jì)算到超導(dǎo)芯片——(創(chuàng)新性延伸：潛在應(yīng)用)

超導(dǎo)二極管：無耗散整流器件，或顛覆傳統(tǒng)半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)。

拓?fù)淞孔颖忍兀?/strong>若證實(shí)馬約拉納零能模存在，可構(gòu)建容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。