利用二維量子材料，荷蘭科學家製造出無磁場介入的單向超導電路

如果 20 世紀末至今是半導體技術的天下，那麼 21 世紀末將由超導體稱霸。物理學家最近成功在不添加磁場前提下，開發出長期以來被認為不可能存在的單向超導電路，電子就像只能沿著單向道行駛的車輛，讓製造無能耗電子電路願景又更近了一步。

想像一下 3C 設備不管如何使用都不會過熱，這不是魔術，而是有機會在未來成真的真實超導現象。超導與物理學運作方式背道而馳，一般當電流沿導線流動時，內部電子會遇到電阻並以熱能形式丟失電能，這就是電子產品使用一段時間後發燙的主要原因。

但當某些導電材料冷卻至接近絕對零度時（或超導臨界溫度）時，材料電阻消失了，這種超導性現象最早由荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）於 1911 年發現，並困擾了整個 20 世紀包括包括諾貝爾獎得主在內的許多科學家。

在超導材料中，原本獨善其身的電子開始尋找夥伴，與另一個電子結合形成庫柏對（Cooper pair），持續不斷地在零電阻材料中流動，但少了阻力，便又難以讓超導電路中的電子只沿單一方向行進（除非引導磁場介入）。

然而荷蘭台夫特理工大學（TU Delft）奈米科學家 Mazhar Ali 團隊，在不額外添加磁場的前提下成功製造出單向超導電路，這就像發明一種特殊類型的冰：一方面具零摩擦力，另一方面又具不可克服的摩擦力。

研究人員使用 Nb3Br8 金屬製作了極薄的約瑟夫森接面，像餡料一樣夾在兩層超導體麵包之間，結果發現 Nb3Br8 薄片變得越來越導電，最後以新穎方式調節兩層超導體之間的耦合，形成極類似二極體的單向超導體。

這不是物理學家第一次開發單向超導電路，但以往通常需要添加磁場，導致操作過程更加複雜。雖然 Mazhar Ali 團隊也不完全了解為何 Nb3Br8 金屬薄片出現這種效果，也超越目前科學家對單向超導的理解範圍，顯然還需要更多基礎研究來揭開隱藏其中的新物理學。

對於夢想使用超導體電子產品的人來說，單一方向輸送電力是極為誘人的成果，若能以超導體代替傳統半導體，可因此節省多達 10% 能源儲備需求。

雖然團隊還需想辦法能否讓裝置在高於 -160℃ 的溫度中運行，但釐清這種新約瑟夫森接面作用機制，最終可能改變各種技術應用的遊戲規則。Mazhar Ali 說，如果 20 世紀末至今是半導體技術的天下，那麼 21 世紀末將由超導體稱霸

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。