在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：11934005、11874116、61322407)等資助下，由復(fù)旦大學(xué)修發(fā)賢教授、沈健教授、郭航聞教授，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)沙拉·黑格教授，以及日本東京大學(xué)永長(zhǎng)直人教授組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通力合作，在二維層狀超導(dǎo)體研究領(lǐng)域取得進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了基于二維超導(dǎo)二硒化鈮的非互易天線器件。該成果以“基于二硒化鈮的超導(dǎo)非互易天線(Nonreciprocal Superconducting NbSe2 Antenna)”為題，于2020年11月6日在線發(fā)表在《自然·通訊》(《Nature Communications》)期刊上，文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19459-5。
 

　　近年來(lái)，二維層狀單晶超導(dǎo)材料在上成為備受關(guān)注的研究重點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)非晶態(tài)、多晶態(tài)超導(dǎo)薄膜，二維層狀單晶超導(dǎo)材料由于其極高的單晶質(zhì)量，能將超導(dǎo)態(tài)保持到納米級(jí)的原胞層厚度，這使得探測(cè)樣品的本征二維超導(dǎo)的新奇屬性成為可能，同時(shí)也為人們理解和調(diào)控低維超導(dǎo)態(tài)、超導(dǎo)量子相變等提供了新的研究平臺(tái)。盡管二維層狀單晶超導(dǎo)材料擁有豐富的量子現(xiàn)象，在新功能納米器件方面亦擁有巨大潛在應(yīng)用價(jià)值，但現(xiàn)階段科研人員對(duì)二維層狀單晶超導(dǎo)材料的研究大都集中在物理屬性方面，基于二維層狀單晶超導(dǎo)體的新功能器件研究處于起步階段。
 

　　為了構(gòu)建基于二維層狀單晶超導(dǎo)體的新功能器件，該研究團(tuán)隊(duì)首先制備了高質(zhì)量的單晶二硒化鈮塊材，并用膠帶機(jī)械剝離法成功解離出厚度在1-5 nm的高質(zhì)量二維單晶超導(dǎo)二硒化鈮。有趣的是，通過(guò)輸運(yùn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)溫度以下，樣品的二倍頻磁阻等溫曲線呈現(xiàn)多峰的反對(duì)稱特點(diǎn)。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)不同電流下的二倍頻磁阻信號(hào)分析研究發(fā)現(xiàn)，這是由對(duì)稱性破缺造成的可逆電磁手性效應(yīng)，該效應(yīng)對(duì)應(yīng)的雙伽瑪值(反映電磁手性效應(yīng)的強(qiáng)度參數(shù))遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)非超導(dǎo)體系。基于這種可逆電磁手性效應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了納米尺度超導(dǎo)二硒化鈮天線器件。在超導(dǎo)態(tài)下，由于二硒化鈮中的渦旋在外電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下獲得了凈速度，器件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外界施加的電磁波的信號(hào)的非互易可逆探測(cè)：當(dāng)對(duì)天線器件輻射電磁波時(shí)，器件可以穩(wěn)定的產(chǎn)生直流電壓、電流信號(hào)，并持續(xù)穩(wěn)定地對(duì)外界輸出能量(做功)。同時(shí)，該器件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小到1微瓦的電磁波信號(hào)的探測(cè)，器件的探測(cè)頻譜寬度可達(dá)5 MHz-900 MHz。這表明，二維層狀單晶超導(dǎo)體對(duì)射頻甚至更高頻段的電磁波的能量采集、探測(cè)和識(shí)別等過(guò)程是一個(gè)非常好的器件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。
 

　　納米尺度的超導(dǎo)天線器件可以在極低溫條件下工作，在未來(lái)超導(dǎo)量子計(jì)算電路中具有潛在的應(yīng)用前景。該工作拓展了二維單晶超導(dǎo)體器件的研究方向，對(duì)新型二維單晶超導(dǎo)體的實(shí)際應(yīng)用具有重要的推動(dòng)作用。