南京大学超导电子学研究所王华兵、王永磊、吕阳阳团队研发新型“电热开关”超导二极管，开启可编程超导电路
2026/05/11
15只需一个微小的电流，就能像开关灯一样随意操控超导电流的方向——这不再是科幻场景。近日，南京大学、浙江大学及紫金山实验室等机构的研究团队在超导电子学领域取得了一项令人振奋的突破：他们成功研发出一种纳米尺度的“电热开关”超导二极管。该器件无需调节外部磁场，仅通过微小的栅极电流就能原位实现极性切换和开关控制，为未来低功耗、可编程的超导电子器件和混合量子系统铺平了一条全新且可扩展的道路。
传统超导二极管的“瓶颈”：离不开磁场调控，也难大规模集成
超导二极管，顾名思义，能让超导电流（零电阻电流）在某个方向上畅通无阻，而在相反方向上受到抑制——这对于打造极低功耗的超导电路和量子技术而言，无疑是一张“王牌”。
然而，现有的超导二极管往往存在重要的局限：它们大多依赖于复杂的异质结或极其精细的界面工程来实现非互易性（即“单向导电性”），并且依赖外部磁场的调控来实现极性的开关和切换。这种依赖不仅限制了对单个器件的局部控制，也极大地阻碍了超导电路的大规模集成和应用。换句话说，想把这些器件凑在一起协同工作，难度极大。
那么，有没有一种方法，既能用电信号直接“发号施令”，又兼容现有的微纳加工技术？
灵感来自“超导纳米低温管”：一个“热点”，打破空间反演对称性
为了攻克这一难题，联合研究团队从一种名为“超导纳米低温管（nTron）”的器件中获得了关键灵感。他们设计了一种具有四个端口的铌氮（NbN）超导纳米线结构。
图 1：新型“电热开关”超导二极管：示意图（左）及扫描电子显微镜（SEM）图像（右）。微小的栅极电流在纳米线上产生局部“热点”，从而打破空间反演对称性。
研究人员的巧妙之处在于：他们在纳米线侧边巧妙了设计的纳米尺度的电流栅极，通过施加一个微小电流——仅几十微安——就能在纳米线上产生一个局部的“纳米级热点”。这个热点并不会摧毁整条线的超导性，而是制造出一个可控的温度梯度。正是这个温度梯度，从空间上打破了器件的对称性，从而“唤醒”了超导二极管效应。
更令人兴奋的是，研究团队在同一个器件中发现了两种共存的非互易传输机制 ：
1.超导-正常态转变二极管效应 (SN-SDE)：在高耗散状态下，不同方向的电流导致超导态破灭的临界点不同，效率最高可达 42% 。
2.磁通运动二极管效应 (V-SDE)：在低耗散状态下，由量子化磁通涡旋（Vortex）的棘轮式运动引起，效率高达 60% 。
图2： 电流电压特性展现出两种超导二极管效应：超导-正常态转变二极管效应（SN-SDE,上图蓝色区间）和超导磁通运动二极管效应（V-SDE,上图黄色区间）。
原位电学调控：像“变形金刚”一样可重构的超导电路
得益于这种独特的“电热开关”机制，这款超导二极管展现出了前所未有的调控灵活性。研究人员无需改变外部磁场，只需改变施加在不同侧边栅极上的电流，就能瞬间开启、或关闭二极管效应，甚至直接反转二极管超导电流的导通方向。
图3：可编程超导二极管：控制热点位置可以实现超导二极管的极性反转和开关
为了展示这种器件的强大潜力，团队利用标准的微纳加工技术，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应用。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）。通过电学指令，该电路可灵活切换为全波整流（正向/反向）或半波整流（正向/反向）（右图）。
通过简单的电学指令，这个超导电路可以像“变形金刚”一样实时重新配置，轻松在“正向全波整流”、“反向全波整流”以及“半波整流”等多种模式之间自由切换 。
展望未来：为未来超导计算与量子系统打开新的大门
这项工作不仅为理解电热驱动的非互易超导现象提供了微观物理框架，更重要的是，它为解决超导电子器件的扩展性和可控性难题提供了一条切实可行的道路。
凭借与现有光刻技术的高度兼容性、优异的性能以及便捷的栅极调控功能，这种纳米级电热开关超导二极管有望在未来的高能效超导逻辑电路、神经形态计算以及可重构量子信息系统中发挥核心作用。可以期待，在不久的将来，我们或许能看到完全由电信号编程的超导处理器芯片。
这一成果以“Nanoscale Electrothermal Switch Superconducting Diode for Electrically Programmable Superconducting Circuits”为题，发表于国际知名期刊《Nano Letters》。该工作由南京大学超导电子学研究所牵头，联合浙江大学、紫金山实验室等单位完成。该论文共同第一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，共同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。研究得到“量子通信与量子计算机”国家科技重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
鏂囩珷鏉ユ簮南京大学锛屽垎浜彧涓哄鏈氦娴侊紝濡傛秹鍙婁镜鏉冮棶棰樿鑱旂郴鎴戜滑锛屾垜浠皢鍙婃椂淇敼鎴栧垹闄ゃ
-
2026骞6鏈堜紭璐ㄥ浗闄呭鏈細璁帹鑽 7
-
2026骞寸17灞婃満姊颁笌鑸┖鑸ぉ宸ョ▼ 193
-
2026骞村厛杩涜埅绌鸿埅澶╂妧鏈笌鍗槦搴旂敤 324
-
2026璧勬簮銆佸寲瀛﹀寲宸ヤ笌搴旂敤鏉愭枡鍥介檯 1808
-
2026骞村浘鍍忓鐞嗕笌鏁板瓧鍒涙剰璁捐鍥介檯 1632
-
2026骞存満姊板伐绋嬶紝鏂拌兘婧愪笌鐢垫皵鎶鏈 6095
-
2026骞存潗鏂欑瀛︺佷綆纰虫妧鏈笌鍔ㄥ姏宸 1819
-
2026骞磋壓鏈佹枃鍖栦骇涓氫笌鏁板瓧濯掍綋鍥 04-29
-
2026骞存櫤鎱ф暀鑲层佹暀鑲茬爺绌朵笌鏂囧寲浜 04-29
-
2026骞存暟瀛楃ぞ浼氥佸叕鍏辩鐞嗕笌缁忔祹瀛 04-29
-
2026 鏀垮姟鏈嶅姟銆佹暟瀛楁不鐞嗕笌鏅烘収鍩 04-28
-
2026 鍒跺喎鎶鏈佹殩閫氳澶囦笌鐜璋 04-28
-
2026 杞诲伐鏉愭枡銆佺豢鑹插埗閫犱笌寰幆鍒 04-28
-
2026 澶氳瑷鏅鸿兘銆佺炕璇戞妧鏈笌鍥介檯 04-28
-
2026 鐢熺墿鑲茬銆佺敓鎬佺妞嶄笌鐜颁唬鍐 04-28
2026骞寸鍥涘眾浜氭床鏈哄櫒瀛︿範銆佺畻娉曚笌绁炵粡缃戠粶.
2026骞寸鍥涘眾浜氭床璁＄畻鏈鸿瑙夈佸浘鍍忓鐞嗕笌妯.
2026骞寸浜斿眾淇″彿澶勭悊銆佷俊鎭郴缁熶笌缃戠粶瀹夊叏.
2026骞寸浜斿眾缃戠粶銆侀氫俊涓庝俊鎭妧鏈浗闄呬細璁.
绗笁灞婇仴鎰熸祴缁樹笌鍏ㄧ悆瀹氫綅绠楁硶鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圧.
绗笁灞婅绠楁満涓庡濯掍綋鎶鏈浗闄呭鏈細璁紙ICC.
绗叚灞婃娴嬫妧鏈笌鑷姩鍖栧伐绋嬪浗闄呭鏈細璁紙TT.
2026骞存櫤鑳芥満鍣ㄤ汉涓庢帶鍒舵妧鏈浗闄呬細璁(CI.
2026骞磋埅绌鸿埅澶╀笌鏅鸿兘鍒堕犲浗闄呭鏈細璁紙I.
2026骞翠紶鎰熷櫒鎶鏈佽嚜鍔ㄥ寲涓庢櫤鑳藉埗閫犲浗闄呬細.
绗崄涓灞婄數瀛愭妧鏈拰淇℃伅绉戝鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛C.
2026骞存縺鍏夈佹潗鏂欎笌鍏堣繘鍒堕犲浗闄呭鏈細璁紙.
绗笁灞婅绠楁満瑙嗚銆佹満鍣ㄤ汉涓庤嚜鍔ㄥ寲宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳.
2026骞寸數瀛, 閫氫俊涓庤绠楁満绉戝鍥介檯浼氳 .
2026骞寸涓冨眾鎺у埗, 鏈哄櫒浜轰笌鏅鸿兘绯荤粺鍥介檯.
2026骞寸浜屽眾鐢靛姏涓庡彲鎸佺画鑳芥簮鎶鏈浗闄呬細璁.
-
涓浗绉戝崗鍙戝竷2025骞淬婇噸瑕佸鏈12
-
2026骞存柊閿愬垎鍖猴紙鍘熶腑绉戦櫌鏈熷垔2595
-
2025骞翠袱闄㈤櫌澹閫夋湁鏁堝欓変汉4402
-
2025鏈鏂癑CR鍒嗗尯鍙婂奖鍝嶅洜瀛12342
-
濂藉鏈:绉戠爺缃戝潃瀵艰埅|瀛︽湳澶存潯鍒5673
-
2025骞村浗闄呮湡鍒婇璀﹀悕鍗曞彂甯!5837
-
2025骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛ㄩ噸纾呭彂20812
-
鍚夋灄澶у鏍￠暱寮犲笇锛氬鏈細璁腑鐨勬彁6954
-
浜岀淮瓒呭杩堟柉绾虫晥搴旀帰娴嬬爺绌惰幏杩涘睍04-29
-
鐮旂┒鍙戠幇绗肩洰瓒呭浣撲腑澶氶噸鑼冮湇澶04-29
-
浜屾哀鍖栫⒊鍔犳阿鍒堕珮纰崇儻鐑冧笌鑸叅棣忓垎04-29
-
闈跺悜鐗瑰畾铔嬬櫧浜掍綔鐣岄潰鎶戝埗涔欒倽鐥呮瘨04-29
-
鐮旂┒鎻ず鍐呮簮淇′娇璋冩帶鑶滄崯浼や笌缁嗚優04-29
-
绉戝瀹剁粯鍒跺ぇ鑴戞槦褰㈣兌璐ㄧ粏鑳炶浆褰曞洜04-29
-
涓婃捣浜ゅぇBio-X鐮旂┒闄㈢煶姣呬笌鍚04-29
-
希沿医疗投资管理有限公司 18804
-
北京现代华清材料科技发展中心 8249
-
北京艾尚国际展览有限公司 24382
-
全国卫生产业企业管理协会抗菌产业 23262
-
中国房地产协会 23342
-
尚阳盈通（北京）数据系统有限公司 18478
-
北京艾尚国际展览有限公司 2391
-
武汉赛思 24361
-
张家界光明国际旅行社会议奖励旅游 19150
-
福建师范大学 21465
-
烟台FOXCOON 21227
-
中国健康产业工作委员会 2492
-
北京新世纪科技公司 18454
-
第四届经济和管理工程国际会议 23791
-
重庆理工大学 18344
-
上海博蔚会展有限公司 21166
-
北京礼瑞文化 21565
-
河北工业大学 18411
-
电子科技大学 18406
-
EAI 2538
