美国科学家仅用单一超导体制成约瑟夫森结

这一发现虽待理论解释，却蕴含丰富应用前景。布法罗大学的研究人员在仅使用单一超导体（而非传统两种）成功构建约瑟夫森结后，有望为磁性硬盘和随机存取存储器带来"超导"革新。这一突破或将开启更简洁、灵活的量子设计新时代。

作为量子计算机的基础构件，约瑟夫森结基于超导原理构建，通常由被薄势垒隔开的两层超导体组成。在此结构下，超导特性会穿透势垒层，实现两侧行为的同步化。

布法罗大学联合西班牙、法国和中国的研究团队证明，仅用单层超导体即可构建约瑟夫森结，并在此过程中展示了常见金属铁在量子领域的应用潜力。

研究团队在马德里自治大学进行实验，制备出一侧为超导钒电极、另一侧为铁电极的约瑟夫森结，其间以氧化镁作为势垒层。超导现象虽允许电子无损耗传输，但这种流动并非连续进行。如同水流看似平滑实则由独立水滴组成，持续电流也是由微小脉冲形式的单个电子构成。

参与研究的布法罗大学物理系教授韩钟博士（音译）解释："电子流中这些微小且不可避免的波动称为噪声，通过监听这些噪声，我们能探知电荷在材料中的运动轨迹。"通过噪声分析，研究人员测量了铁中的电子流动，发现其特性与约瑟夫森结高度相似。

布法罗大学物理系教授伊戈尔·茹季奇形象地阐述："传统双超导体约瑟夫森结如同两岸军队齐步行进。而我们的实验中只有单侧军队——却仿佛其行军节奏让对岸民众自发组织民兵，踏着不同的鼓点开始行进。"

这一现象尤为意外，因为铁作为铁磁材料本质与超导体截然相反：超导体中电子对的自旋方向相反，而铁磁体中电子自旋方向一致。但铁材料竟能形成自旋方向相同的超导电子对，研究团队目前尚未建立理论解释该现象，但对其应用潜力感到振奋。

茹季奇补充指出："传统量子计算机的困境在于微小环境变化就会扰乱电子自旋。我们希望能锁定电子自旋方向，而同向自旋配对机制可能为此提供解决方案。"该研究的另一优势在于，未来约瑟夫森结或可用铁、氧化镁等普通材料制造——这两种材料正是当前硬盘和内存的常用组件。

茹季奇总结道："我们为商业化设备赋予了超导特性。"

这项突破性研究成果已发表于《自然·通讯》期刊。

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