小扭曲角三层石墨烯中的零场超导二极管效应

当材料在一个电流方向上表现得像超导体而在另一个方向上表现得像电阻器时，就会出现超导二极管效应。与传统二极管相比，这种超导二极管表现出完全消失的电阻，因此在正向方向上没有损耗。这可能成为未来无损量子电子学的基础。

大约两年前，物理学家首次成功地创造了二极管效应，但存在一些基本限制。来自因斯布鲁克大学理论物理研究所的 Mathias Scheurer 解释说：“当时，这种效应非常微弱，是由外部磁场产生的，这在潜在的技术应用中非常不利。”

布朗大学的实验物理学家进行的新实验，在近期的Nature Physics中有所描述（“Zero-field superconducting diode effect in small-twist-angle trilayer graphene”），不需要外部磁场。

三层石墨烯（来源：Mathias Scheurer）

除了上述与应用相关的优势外，这些实验还证实了 Mathias Scheurer 先前提出的一个论点：即超导性和磁性共存于由三个相互扭曲的石墨烯层组成的系统中。因此，该系统实际上会产生自己的内部磁场，从而产生二极管效应。

布朗大学的同事观察到的二极管效应也非常强。此外，二极管的方向可以通过简单的电场逆转。总之，这使得三层石墨烯成为超导二极管效应的一个很有前途的平台，”Mathias Scheurer解释道，他在二维材料，尤其是石墨烯方面的研究获得了ERC的启动资金。

“布朗大学的同事观察到的二极管效应也非常强。此外，二极管的方向可以通过一个简单的电场来反转。这使得三层石墨烯成为超导二极管效应的一个很有前景的平台，” Mathias Scheurer 解释道。

有前途的材料石墨烯

Nature Physics 中描述的二极管效应也是用石墨烯产生的，石墨烯是一种由以蜂窝状排列的单层碳原子组成的材料。堆叠几层石墨烯会带来全新的特性，包括三个相互扭曲的石墨烯层能够无损耗地导电。

该系统在没有外部磁场的情况下存在超导二极管效应，这一事实对扭曲三层石墨烯复杂物理行为的研究具有重要意义，因为它证明了超导和磁性共存。这表明二极管效应不仅具有技术相关性，而且有可能提高我们对多体物理基本过程的理解。这方面的理论基础已经发表在另一个高级出版物2D Materials（https://doi.org/10.1088/2053-1583/ac5b16）。

该系统中在没有外部磁场的情况下存在超导二极管效应这一事实对于研究扭曲的三层石墨烯的复杂物理行为具有重要意义，因为它证明了超导性和磁性的共存。这表明二极管效应不仅具有技术相关性，而且具有提高我们对多体物理基本过程的理解的潜力。这方面的理论基础已经发表在另一个高级出版物（2D Materials，“扭曲三层石墨烯中的零场超导二极管效应理论”）。

审核编辑 ：李倩