由菲利普·金 (Philip Kim) 领导的哈佛大学研究人员通过使用铜氧化物制造高温超导二极管，实现了更先进的超导技术。 这一发展对于量子计算至关重要，代表着操纵和理解奇异材料和量子态的重要一步。

几十年来，超导体一直引起物理学家的兴趣。 但这些允许电子完美、无损流动的材料通常只在温度如此低（比绝对零以上几度）时才表现出这种量子力学特性，以致于使其的现实应用不切实际。

由哈佛大学物理学和应用物理学教授 Philip Kim 领导的研究小组展示了一种制造和操纵一类被广泛研究的高温超导体材料（称为铜酸盐）的新策略，为在以前无法实现的领域设计新的、不寻常的超导形式扫清了道路。

Kim 和他的团队使用一种独特的低温器件制造方法，在《科学》杂志上报道了世界上第一个高温超导二极管的有希望的候选者 - 本质上它是一种使电流沿一个方向流动的开关 - 由薄铜酸盐制成的晶体。 从理论上讲，这种设备可以为量子计算等新兴行业提供动力，这些行业依赖于难以维持的转瞬即逝的机械现象。

堆叠、扭曲铜酸盐超导体的图形表示，以及背景中的随附数据。 图片来源：Lucy Yip、Yoshi Saito、Alex Cui、Frank Zhao

“事实上，高温超导二极管在不施加磁场的情况下是可能的，并为奇异材料研究打开了新的探究之门，”金说。

铜酸盐是一种铜氧化物，几十年前，它们在比理论学家想象的更高的温度下变得超导，从而颠覆了物理学界，“更高”是一个相对术语（铜酸盐超导体的当前记录是-225华氏度）。 但由于这些材料复杂的电子和结构特征，在不破坏其超导相的情况下处理这些材料是极其复杂的。

该团队的实验由格里芬艺术与科学研究生院前学生、现麻省理工学院博士后研究员 S. Y. Frank Zhu 领导。 赵使用超纯氩气中的无空气低温晶体操纵方法，在铜酸铋锶钙铜氧化物的两个极薄层之间设计了一个干净的界面，绰号为 BSCCO（“bisco”）。 BSCCO 被认为是一种“高温”超导体，因为它在大约 -288 华氏度时开始超导——按照实际标准来说非常冷，但在超导体中却高得惊人，通常必须冷却到 -400 华氏度左右。

赵首先将 BSCCO 分成两层，每层都是人类头发丝宽度的千分之一。 然后，在 -130 度的温度下，他将两层以 45 度扭曲的方式堆叠在一起，就像冰淇淋三明治和歪斜的晶圆一样，在脆弱的界面处保留了超导性。

研究小组发现，可以在没有阻力的情况下通过界面的最大超电流根据电流方向的不同而不同，该团队还展示了通过反转这种极性对界面量子态进行电子控制。 这种控制有效地使他们能够制造出可切换的高温超导二极管——这是基础物理学的一个演示，有一天可以将其纳入一项计算技术，例如量子位。

“这是研究拓扑相的起点，其特点是量子态不受缺陷影响，”赵说。

编译来源：ScitechDaily