版塊導航: 正在加載中...

登錄注冊

應《網(wǎng)絡安全法》要求，自2017年10月1日起，未進行實名認證將不得使用互聯(lián)網(wǎng)跟帖服務。為保障您的帳號能夠正常使用，請盡快對帳號進行手機號驗證，感謝您的理解與支持！

24小時熱門版塊排行榜

返回列表

rlafite

木蟲 (正式寫手)

應助: 189 (高中生)
金幣: 9869.6
紅花: 28
沙發(fā): 1
帖子: 885
在線: 339.1小時
蟲號: 4563202
注冊: 2016-04-02
性別: GG
專業(yè): 同步輻射技術及其應用

[交流] 僅用一個超導體并以鐵作為勢壘觀察到約瑟夫森結行為

僅用一個超導體并以鐵作為勢壘觀察到約瑟夫森結行為

**僅用一個超導體并以鐵作為勢壘觀察到約瑟夫森結行為**

當用一層極薄的材料將兩個超導體隔開時，會發(fā)生一種奇特的現(xiàn)象。

由成對電子驅動的超導性——一種使電流無能量損耗流動的性質——會“泄漏”到中間的勢壘層中，并將兩側連接起來，使它們即便彼此分離，仍能同步其行為。

這種器件被稱為**約瑟夫森結**。它是量子計算機的基礎構件，而圍繞它的發(fā)展成果曾獲得 **2025 年諾貝爾物理學獎**。

但如果約瑟夫森結只需要**一個超導體**就能工作呢？這或許能為更簡單、更靈活的量子計算設計打開新的可能性。一個國際研究團隊首次獲得了這樣的實驗性證據(jù)：他們測量到了一種電學行為，盡管器件中只有一個超導體，卻表現(xiàn)得如同由兩個超導體構成的約瑟夫森結。

相關成果發(fā)表在《**Nature Communications**》上。研究表明，超導金屬**釩**的超導行為跨越勢壘層發(fā)生“滲透”，并在另一側的**鐵**中誘導了電子成對——這是超導性的一個標志性特征。

盡管人們早已知道，超導體可以在鄰近材料中誘導出較弱的超導行為，但此次在鐵中誘導出的效應強到足以在其與釩之間產生類似約瑟夫森結的同步行為。

“一個典型的、由兩個超導體組成的約瑟夫森結，就像兩支軍隊在河兩岸齊步前進。在我們的實驗中，只有一支軍隊——然而就好像它的行進促使對岸的市民自發(fā)組織成民兵，并開始按照另一種節(jié)奏行進�！痹撗芯康墓餐ㄓ嵶髡咧�、紐約州立大學布法羅分校文理學院物理系杰出教授 **Igor Žutić** 如是說。

這些實驗——驗證了數(shù)十年前提出的理論——是在另一位共同通訊作者、西班牙馬德里自治大學凝聚態(tài)物理學教授 **Farkhad Aliev** 博士的實驗室中完成的。其他合作者還包括西班牙的科米利亞斯宗座大學、法國洛林大學、羅馬尼亞的巴貝什–博約伊大學，以及中國的東方高等研究院。

---

### 鐵“踏著不同的節(jié)拍前進”

打開水龍頭時，水看起來是平穩(wěn)流動的；但若放大觀察，就會發(fā)現(xiàn)這股水流其實由一個個水滴組成。

電流也是如此�？此七B續(xù)的電流，實際上是由一個個電子以極其微小的脈沖形式到達所構成的。

“這些電子流動中不可避免的小幅波動被稱為**噪聲**。通過‘傾聽’這些噪聲，我們可以了解電荷是如何在材料中運動的�！辈挤_大學物理系教授、該研究合作者 **Jong Han** 博士解釋道。

正是通過分析噪聲，研究團隊在由釩和鐵構成、并以一層薄薄的氧化鎂作為隔層的器件中，觀察到了類似約瑟夫森結的行為。測量結果顯示，在鐵內部，電子以規(guī)模很大、協(xié)同性極強的群體形式運動——這是通常只在兩個超導體通過約瑟夫森結相連時才會出現(xiàn)的同步特征。

這一結果極其出人意料，因為鐵是一種**鐵磁體**，而鐵磁性與超導性通常是相互對立的。超導體中的成對電子自旋方向相反——一個向上、一個向下；而鐵磁體中的電子自旋大多沿著同一方向排列。電子的自旋就像一個微小的指南針，指向外加磁場的方向。

然而，鐵卻以某種方式，使得自旋方向相同的電子也能形成超導電子對。

“鐵本質上形成了一種不同于釩的超導類型，”Žutić 說道，“換句話說，這些‘市民’以自己的方式組織起來，但依然保持了足夠的節(jié)奏一致性，既能像軍隊一樣行進，又能把他們自己的節(jié)律傳回河對岸�！�
Mystery remains
The researchers are theorizing about how iron was able to make its same-spin electron pairs robust enough that it behaved as if it was an independent superconductor.

Still, they're excited that same-spin electron pairing could have implications for topological superconductors, which are more tolerant to environmental disturbance. Such superconductors protect quantum information—often tied to electron spin—in a knot-like way, so disturbances to parts of the system don't easily unravel what's happening at the core.

"The problem with conventional quantum computers is that even small environmental changes can throw off the spin of their electrons. We want to find a way to essentially lock an electron's spin into place, and same-spin pairing could hold some answers," Žutić says.

Another potential advantage is that a Josephson junction could be made in the future with fairly ordinary materials—both iron and magnesium oxide are widely used in commercially available magnetic computer hard drives and magnetic random-access memory.

"We have added a superconducting twist to commercially viable devices," Žutić says.

More information: César González-Ruano et al, Giant shot noise in superconductor/ferromagnet junctions with orbital-symmetry- controlled spin-orbit coupling, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64493-w

Journal information: Nature Communications

回復此樓

» 猜你喜歡

0703化學學碩 288分已經(jīng)有4人回復
接收調劑已經(jīng)有23人回復
化學 0703求調劑總分293 一志愿211 已經(jīng)有3人回復
304分材料專碩求調劑已經(jīng)有5人回復
0703化學學碩理工科均可不區(qū)分研究方向總分279求調劑已經(jīng)有5人回復
復試調劑已經(jīng)有4人回復
293求調劑已經(jīng)有4人回復
成果系統(tǒng)訪問量大，請15分鐘后再嘗試。由此給您造成的不便，敬請諒解。已經(jīng)有10人回復
環(huán)境工程學碩288求助調劑已經(jīng)有7人回復
0703 總分319求調劑已經(jīng)有4人回復

» 本主題相關商家推薦: (我也要在這里推廣)

1樓 2026-01-01 23:06:14

已閱回復此樓關注TA 給TA發(fā)消息送TA紅花 TA的回帖

相關版塊跳轉我要訂閱樓主 rlafite 的主題更新