在國家自然科學(xué)基金項目(批準(zhǔn)號：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，英國曼徹斯特大學(xué)沙拉·黑格教授，以及日本東京大學(xué)永長直人教授組成的聯(lián)合團隊通力合作，在二維層狀超導(dǎo)體研究領(lǐng)域取得進展，實現(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，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。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)保持到納米級的原胞層厚度，這使得探測樣品的本征二維超導(dǎo)的新奇屬性成為可能，同時也為人們理解和調(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。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)用價值，但現(xiàn)階段科研人員對二維層狀單晶超導(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，該研究團隊首先制備了高質(zhì)量的單晶二硒化鈮塊材，并用膠帶機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，通過輸運測量發(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)多峰的反對稱特點。通過進一步對不同電流下的二倍頻磁阻信號分析研究發(fā)現(xiàn)，這是由對稱性破缺造成的可逆電磁手性效應(yīng)，該效應(yīng)對應(yīng)的雙伽瑪值(反映電磁手性效應(yīng)的強度參數(shù))遠大于傳統(tǒng)非超導(dǎo)體系。基于這種可逆電磁手性效應(yīng)，研究團隊設(shè)計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驅(qū)動下獲得了凈速度，器件可以實現(xiàn)對外界施加的電磁波的信號的非互易可逆探測：當(dāng)對天線器件輻射電磁波時，器件可以穩(wěn)定的產(chǎn)生直流電壓、電流信號，并持續(xù)穩(wěn)定地對外界輸出能量(做功)。同時，該器件可以實現(xiàn)對小到1微瓦的電磁波信號的探測，器件的探測頻譜寬度可達5 MHz-900 MHz。這表明，二維層狀單晶超導(dǎo)體對射頻甚至更高頻段的電磁波的能量采集、探測和識別等過程是一個非常好的器件實現(xiàn)平臺。
 

　　納米尺度的超導(dǎo)天線器件可以在極低溫條件下工作，在未來超導(dǎo)量子計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，對新型二維單晶超導(dǎo)體的實際應(yīng)用具有重要的推動作用。