只需一个细小的电流，就能像开关灯相同随意操控超导电流的方向——这不再是科幻场景。近来，南京大学、浙江大学及紫金山实验室等组织的研讨团队在超导电子学范畴取得了一项令人振奋的打破：他们成功研制出一种纳米规范的“电热开关”超导二极管。该器材无需调理外部磁场，仅经过细小的栅极电流就能原位完结极性切换和开关操控，为未来低功耗、可编程的超导电子器材和混合量子体系铺平了一条全新且可扩展的路途。

  超导二极管，望文生义，能让超导电流（零电阻电流）在某个方向上四通八达，而在相反方向上遭到按捺——这关于打造极低功耗的超导电路和量子技能而言，无疑是一张“主力”。

  但是，现有的超导二极管往往存在重要的约束：它们大多依靠于杂乱的异质结或极端精密的界面工程来完结非互易性（即“单向导电性”），而且依靠外部磁场的调控来完结极性的开关和切换。这种依靠不只约束了对单个器材的部分操控，也极大地阻止了超导电路的大规模集成和使用。换句话说，想把这一些器材凑在一起协同作业，难度极大。

  那么，有没有一种办法，既能用电信号直接“指挥若定”，又兼容现有的微纳加工技能？

  为了霸占这一难题，联合研讨团队从一种名为“超导纳米低温管（nTron）”的器材中获得了要害创意。他们规划了一种具有四个端口的铌氮（NbN）超导纳米线：新式“电热开关”超导二极管：示意图（左）及扫描电子显微镜（SEM）图画（右）。细小的栅极电流在纳米线上发生部分“热门”，然后打破空间反演对称性。

  研讨人员的奇妙之处在于：他们在纳米线侧边奇妙了规划的纳米规范的电流栅极，经过施加一个细小电流——仅几十微安——就能在纳米线上发生一个部分的“纳米级热门”。这个热门并不会炸毁整条线的超导性，而是制造出一个可控的温度梯度。正是这个温度梯度，从空间上打破了器材的对称性，然后“唤醒”了超导二极管效应。

  图2： 电流电压特性展现出两种超导二极管效应：超导-正常态改变二极管效应（SN-SDE,上图蓝间）和超导磁通运动二极管效应（V-SDE,上图黄间）。

  为了展现这种器材的强壮潜力，团队使用规范的微纳加工技能，将四个相同的电热开关超导二极管集成在一起，构建了一个多功能、可编程“超导桥式整流器”。

  图 4：多功能可编程超导电路使用。由四个电热开关二极管组成的电可编程超导电路阵列（左图）。经过电学指令，该电路可灵敏切换为全波整流（正向/反向）或半波整流（正向/反向）（右图）。

  经过简略的电学指令，这个超导电路能像“变形金刚”相同实时重新配置，轻松在“正向全波整流”、“反向全波整流”以及“半波整流”等多种形式之间自在切换 。

  该作业由南京大学超导电子学研讨所牵头，联合浙江大学、紫金山实验室等单位完结。该论文一起榜首作者为南京大学电子科学与工程学院博士生李甜雨、李冲博士和浙江大学李煚博士，一起通讯作者为南京大学吕阳阳助理教授、王永磊教授、王华兵教授以及浙江大学陈庆虎教授。研讨得到“量子通讯与量子计算机”国家科技重点项目、国家重点研制方案、国家自然科学基金等项目的支撑。