科學(xué)家近日*發(fā)現(xiàn)手性超導(dǎo)現(xiàn)象，即超導(dǎo)狀態(tài)下，電流只能從一根手性納米管的一端流向另一端，卻不能反向流動。之前，人類只發(fā)現(xiàn)過非手性材料的超導(dǎo)現(xiàn)象，即電流無論從材料棒的哪一段進(jìn)入，都可以從另一端出來。

    當(dāng)磁場施加于手性超導(dǎo)納米管上時(shí)，電信號只能單向傳播。左圖為原理示意圖，右圖為電子顯微鏡觀察到的單個(gè)二硫化鎢納米管。

    來自日本、美國和以色列科研人員組成的團(tuán)隊(duì)在*近一期的《Nature Communication》上發(fā)表了關(guān)于*發(fā)現(xiàn)手性超導(dǎo)現(xiàn)象的論文。

    手性材料擁有與其對稱，但又不同的鏡像材料，就像左手和右手雖然看似相同，其實(shí)互為鏡像，并不能重疊為一。超導(dǎo)材料則可以在低溫下實(shí)現(xiàn)零電阻，手性超導(dǎo)材料整合了以上2個(gè)特性。

    手性超導(dǎo)材料的實(shí)驗(yàn)存在諸多挑戰(zhàn)。盡管碳納米管是一種易得的手性材料，同時(shí)也具有超導(dǎo)性質(zhì)，然而迄今為止，科學(xué)家只在大量碳納米管形成的組織中觀察到超導(dǎo)特性，卻還沒有在單根碳納米管中觀測到超導(dǎo)特性。

    文章共同作者，東京大學(xué)的山內(nèi)翔（Toshiya Ideue）表示，該工作*重要的突破在于：*在單獨(dú)的納米管中實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)。這使得人類可以進(jìn)一步研究管狀或者手性等材料結(jié)構(gòu)特征，會對超導(dǎo)特性產(chǎn)生哪些影響。

    該實(shí)驗(yàn)之所以能成功，得益于這種全新的二維納米材料——二硫化鎢，它也是目前*能夠進(jìn)行手性納米材料實(shí)驗(yàn)的材料。二硫化鎢在電子技術(shù)、激光技術(shù)和其他領(lǐng)域具有很多潛在用途。

    科學(xué)家首先把納米管冷卻到5.8凱爾文（約合攝氏零下267度），讓材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。作為手性材料的二硫化鎢納米管，可以在低溫下通過一種被稱為“離子液體門極化”（liquid ionic gating）的實(shí)驗(yàn)手段，呈現(xiàn)出超導(dǎo)特性。

    接下來，研究團(tuán)隊(duì)給納米管施加外部磁場，磁力線方向與納米管平行。這時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，有微弱的不對稱信號，從納米管的一段流向另一端。而這些信號在非手性超導(dǎo)材料中是極其微弱。

    山內(nèi)表示，非對稱電流僅僅在磁力線平行于納米管時(shí)才會出現(xiàn)。如果沒有磁場，那么電流是對稱的。從理論上來說，即便納米管處于非超導(dǎo)態(tài)，平行磁場也可以激發(fā)非對稱電流，但是科學(xué)家并沒有在實(shí)驗(yàn)中觀測到。

    目前，科學(xué)家并不完全清楚手性超導(dǎo)納米管中非對稱電流的產(chǎn)生原因，而這些相關(guān)機(jī)制將是他們未來研究的重點(diǎn)之一。研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步深入探索手性和超導(dǎo)性的關(guān)系。

    盡管目前討論手性超導(dǎo)的應(yīng)用可能還為時(shí)尚早，科學(xué)家們還是將手性超導(dǎo)現(xiàn)象和現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了對比。

    而明顯可見的是，手性超導(dǎo)類似于二極管的單向?qū)�通效�?yīng)，因此應(yīng)該可以用來制造超導(dǎo)電路中的超導(dǎo)二極管。

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