這一發(fā)現(xiàn)雖待理論解釋，卻蘊(yùn)含豐富應(yīng)用前景。布法羅大學(xué)的研究人員在僅使用單一超導(dǎo)體（而非傳統(tǒng)兩種）成功構(gòu)建約瑟夫森結(jié)后，有望為磁性硬盤和隨機(jī)存取存儲器帶來"超導(dǎo)"革新。這一突破或?qū)㈤_啟更簡潔、靈活的量子設(shè)計(jì)新時(shí)代。

作為量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)構(gòu)件，約瑟夫森結(jié)基于超導(dǎo)原理構(gòu)建，通常由被薄勢壘隔開的兩層超導(dǎo)體組成。在此結(jié)構(gòu)下，超導(dǎo)特性會穿透勢壘層，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)行為的同步化。

布法羅大學(xué)聯(lián)合西班牙、法國和中國的研究團(tuán)隊(duì)證明，僅用單層超導(dǎo)體即可構(gòu)建約瑟夫森結(jié)，并在此過程中展示了常見金屬鐵在量子領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

研究團(tuán)隊(duì)在馬德里自治大學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，制備出一側(cè)為超導(dǎo)釩電極、另一側(cè)為鐵電極的約瑟夫森結(jié)，其間以氧化鎂作為勢壘層。超導(dǎo)現(xiàn)象雖允許電子無損耗傳輸，但這種流動并非連續(xù)進(jìn)行。如同水流看似平滑實(shí)則由獨(dú)立水滴組成，持續(xù)電流也是由微小脈沖形式的單個(gè)電子構(gòu)成。

參與研究的布法羅大學(xué)物理系教授韓鐘博士（音譯）解釋："電子流中這些微小且不可避免的波動稱為噪聲，通過監(jiān)聽這些噪聲，我們能探知電荷在材料中的運(yùn)動軌跡。"通過噪聲分析，研究人員測量了鐵中的電子流動，發(fā)現(xiàn)其特性與約瑟夫森結(jié)高度相似。

布法羅大學(xué)物理系教授伊戈?duì)枴と慵酒嫘蜗蟮仃U述："傳統(tǒng)雙超導(dǎo)體約瑟夫森結(jié)如同兩岸軍隊(duì)齊步行進(jìn)。而我們的實(shí)驗(yàn)中只有單側(cè)軍隊(duì)——卻仿佛其行軍節(jié)奏讓對岸民眾自發(fā)組織民兵，踏著不同的鼓點(diǎn)開始行進(jìn)。"

這一現(xiàn)象尤為意外，因?yàn)殍F作為鐵磁材料本質(zhì)與超導(dǎo)體截然相反：超導(dǎo)體中電子對的自旋方向相反，而鐵磁體中電子自旋方向一致。但鐵材料竟能形成自旋方向相同的超導(dǎo)電子對，研究團(tuán)隊(duì)目前尚未建立理論解釋該現(xiàn)象，但對其應(yīng)用潛力感到振奮。

茹季奇補(bǔ)充指出："傳統(tǒng)量子計(jì)算機(jī)的困境在于微小環(huán)境變化就會擾亂電子自旋。我們希望能鎖定電子自旋方向，而同向自旋配對機(jī)制可能為此提供解決方案。"該研究的另一優(yōu)勢在于，未來約瑟夫森結(jié)或可用鐵、氧化鎂等普通材料制造——這兩種材料正是當(dāng)前硬盤和內(nèi)存的常用組件。

茹季奇總結(jié)道："我們?yōu)樯虡I(yè)化設(shè)備賦予了超導(dǎo)特性。"

這項(xiàng)突破性研究成果已發(fā)表于《自然·通訊》期刊。

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