无场Josephson二极管的实现

半导体二极管的超导对应物——Josephson二极管,长期以来为人们所追求,理论学家已提出多种实现途径。它表现出无磁场、单向的超导性,且超电流穿过隧穿势垒具有Josephson耦合,将成为下一代超导电路技术的基本构件。在此,我们利用破缺反演对称性的$\mathrm{NbSe_2/Nb_3Br_8/NbSe_2}$异质结构实现了无场Josephson二极管。我们首次在无磁场下证明,该结在一个方向可超导而相反方向为正常态。基于此,利用方波激励实现了半波整流,具有低开关电流密度($~2.2\times 10^2 \mathrm{A/cm^2}$)、高整流比($~10^4$)和高鲁棒性(至少$10^4$次循环)。我们还展示了随磁场对称的$\Delta I_\mathrm{c}$(正负临界电流之差)行为,以及Josephson结预期的Fraunhofer电流相位关系。这一实现提出了关于破缺对称性时电流通过绝缘体的Josephson效应的基本问题,并为用于逻辑和信号调制的超低功耗、高速超导电路打开了大门。