超導體幾十年來一直吸引著物理學家，它們允許完美的、無損的電子流動。但是這些材料，通常只在溫度很低的情況下──比絕對零度（攝氏零下273.15度）高幾度，才能表現出這種量子力學特性。這使得實際應用變得困難。

近期，由哈佛大學物理學和應用物理學教授Philip Kim領導的研究小組使用銅酸鹽，在「高溫」超導體方面又取得了重大突破。最新研究成果已於近期發表在了《科學》雜誌上。

透過使用獨特的低溫元件製造方法，該團隊成功開發了世界上第一個「高溫」超導二極體有希望的候選物。這項發明對於量子計算至關重要，代表著操縱和理解奇異材料和量子態的重要一步。

據介紹，它本質上是一種使電流向一個方向流動的開關——由薄銅晶體製成。理論上，這樣的設備可以為量子運算等新興產業提供動力，量子運算依賴難以維持的短暫機械現象。

「事實證明，高溫超導二極體是可能的，不需要磁場的應用，並打開了探索奇異材料研究的新大門，」Kim說。

銅酸鹽是一種銅氧化物，幾十年前，它顛覆了物理世界，因為它顯示出在比理論溫度更高（-225華氏度）的條件下呈現超導性質的能力。但是，由於這些材料複雜的電子和結構特徵，在不破壞其超導相的情況下處理它們是極其複雜的。

在最新研究中，研究人員使用了超純氬氣中的無空氣低溫晶體操縱方法，在銅酸鹽的兩層極薄的鉍鍶鈣銅氧化物（BSCCO）之間設計了一個乾淨的界面。

超導體通常需要在華氏零下400華氏（零下240攝氏度）情況下才具備超導特性，而BSCCO被認為是「高溫」超導體，可以在華氏零下288度（零下177.7度）實現超導。

研究人員先將BSCCO分成兩層，每一層的寬度都是人類頭髮絲寬度的千分之一。然後，在華氏零下130（零下90度）的溫度下，研究人員將兩層以45度扭轉的方式堆疊在一起，這就保持了脆弱界面的超導性。

他們發現，可以在沒有阻力的情況下透過界面的最大超電流根據電流方向的不同而不同，該團隊還展示了透過反轉這種極性對界面量子態進行電子控制。

這種控制有效地使他們能夠製造出可切換的高溫超導二極體——這是基礎物理學的一個示範，有一天可能會被整合到一塊計算技術中，例如量子位元。