热流通量量子衍射的实现

直流 Josephson 效应的首个证据可追溯至 1963 年，当时 J. S. Rowell 测量了单个超导隧道结在面内磁场作用下临界电流的衍射图样。一年后，实现了通过两个并联隧道结的 Josephson 电流干涉，从而诞生了首个超导量子干涉仪。后者连同 Rowell 的观测结果，构成了对 Josephson 超流 - 相位关系的明确证实。然而，Josephson 效应具有超越电荷输运的深远意义，因为 Cooper 对凝聚体与未配对电子之间的相互作用也为穿过结的热流提供了相位相干性。在此，我们报告了热流通量量子衍射的首次演示，表明温度偏置的单个 Josephson 结可被用作热电流的衍射器。具体而言，当扫描磁通量 $\Phi$ 时，热衍射表现为与结邻近接触的小型金属电极中电子温度的特殊调制。值得注意的是，观测到的温度依赖性展现出 $\Phi$ 对称性，并具有清晰的类 Fraunhofer 调制图样特征，这正是量子衍射现象预期的指纹。我们的结果证实了关于量子热输运的原始预测，并结合 Nature 492, 401 (2012) 中演示的双结热干涉测量法，为 Josephson 耦合超导体中存在相位依赖热电流提供了互补且确凿的证明。这种方法与已知的超导电路相位偏置方法相结合，为在纳米尺度操控热通量提供了一种新工具。