幾十年來(lái)，超導(dǎo)體一直是物理學(xué)界研究的熱點(diǎn)。但這些允許電子完美無(wú)損流動(dòng)的材料，通常只在非常低的溫度下（比絕對(duì)零度高幾度）才表現(xiàn)出這種量子力學(xué)特性。美國(guó)哈佛大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)展示了一種新策略，可制造和操縱銅酸鹽高溫超導(dǎo)體，為在以前無(wú)法獲得的材料中設(shè)計(jì)新的超導(dǎo)形式掃清了道路。

使用一種獨(dú)特的低溫器件制造方法，研究團(tuán)隊(duì)在最新一期《科學(xué)》雜志上報(bào)告了世界上第一個(gè)有希望的高溫超導(dǎo)二極管。其本質(zhì)是一種使電流單向流動(dòng)的開(kāi)關(guān)，由薄的銅酸鹽晶體制成。從理論上講，這樣的設(shè)備可為量子計(jì)算等新興行業(yè)提供動(dòng)力。

銅酸鹽是一種銅氧化物。幾十年前，它顛覆了物理界，因?yàn)樗诒壤碚摷艺J(rèn)為的可能溫度高得多的溫度下成為超導(dǎo)體。然而，由于這些材料復(fù)雜的電子和結(jié)構(gòu)特征，在不破壞其超導(dǎo)相的情況下處理這些材料是非常困難的。

鉍鍶鈣銅氧化物，通常稱為bscco。此次實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用超純氬氣中的無(wú)空氣低溫晶體操縱方法，在銅酸鹽的兩層極薄的bscco之間設(shè)計(jì)了一個(gè)干凈的界面。bscco被認(rèn)為是一種“高溫”超導(dǎo)體，因?yàn)樗诖蠹s零下177℃的溫度下開(kāi)始產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，這一溫度在超導(dǎo)體中高得驚人。要產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象，通常必須冷卻到零下240℃左右。

研究人員首先將bscco分成兩層，每一層的寬度都是人類頭發(fā)絲寬度的千分之一。然后，在零下90℃的溫度下，研究人員將兩個(gè)層以45度扭轉(zhuǎn)的方式堆疊在一起，這就保持了脆弱界面的超導(dǎo)性。

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)電流方向的不同，可無(wú)電阻通過(guò)界面的最大超電流是不同的。該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)反轉(zhuǎn)這種極性，展示了對(duì)界面量子態(tài)的電子控制。正是這種控制使他們能夠制造出可切換的高溫超導(dǎo)二極管。