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　　在國家自然科學基金項目(批準號：11934005、11874116、61322407)等資助下，由復旦大學修發賢教授、沈健教授、郭航聞教授，英國曼徹斯特大學沙拉·黑格教授，以及日本東京大學永長直人教授組成的聯合團隊通力合作，在二維層狀超導體研究領域取得進展，實現了基于二維超導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非互易天線(Nonreciprocal Superconducting NbSe2 Antenna)”為題，于2020年11月6日在線發表在《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，二維層狀單晶超導材料在上成為備受關注的研究重點。相較于傳統非晶態、多晶態超導薄膜，二維層狀單晶超導材料由于其極高的單晶質量，能將超導態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的新奇屬性成為可能，同時也為人們理解和調控低維超導態、超導量子相變等提供了新的研究平臺。盡管二維層狀單晶超導材料擁有豐富的量子現象，在新功能納米器件方面亦擁有巨大潛在應用價值，但現階段科研人員對二維層狀單晶超導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體的新功能器件研究處于起步階段。
 

　　為了構建基于二維層狀單晶超導體的新功能器件，該研究團隊首先制備了高質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的高質量二維單晶超導二硒化鈮。有趣的是，通過輸運測量發現，在超導溫度以下，樣品的二倍頻磁阻等溫曲線呈現多峰的反對稱特點。通過進一步對不同電流下的二倍頻磁阻信號分析研究發現，這是由對稱性破缺造成的可逆電磁手性效應，該效應對應的雙伽瑪值(反映電磁手性效應的強度參數)遠大于傳統非超導體系。基于這種可逆電磁手性效應，研究團隊設計制備了納米尺度超導二硒化鈮天線器件。在超導態下，由于二硒化鈮中的渦旋在外電磁場驅動下獲得了凈速度，器件可以實現對外界施加的電磁波的信號的非互易可逆探測：當對天線器件輻射電磁波時，器件可以穩定的產生直流電壓、電流信號，并持續穩定地對外界輸出能量(做功)。同時，該器件可以實現對小到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平臺。
 

　　納米尺度的超導天線器件可以在極低溫條件下工作，在未來超導量子計算電路中具有潛在的應用前景。該工作拓展了二維單晶超導體器件的研究方向，對新型二維單晶超導體的實際應用具有重要的推動作用。