當材料在一個電流方向上表現得像超導體而在另一個方向上表現得像電阻器時，就會出現超導二極管效應。與傳統二極管相比，這種超導二極管表現出完全消失的電阻，因此在正向方向上沒有損耗。這可能成為未來無損量子電子學的基礎。

大約兩年前，物理學家首次成功地創造了二極管效應，但存在一些基本限制。來自因斯布魯克大學理論物理研究所的 Mathias Scheurer 解釋說：“當時，這種效應非常微弱，是由外部磁場產生的，這在潛在的技術應用中非常不利。”

布朗大學的實驗物理學家進行的新實驗，在近期的Nature Physics中有所描述（“Zero-field superconducting diode effect in small-twist-angle trilayer graphene”），不需要外部磁場。

三層石墨烯（來源：Mathias Scheurer）

除了上述與應用相關的優勢外，這些實驗還證實了 Mathias Scheurer 先前提出的一個論點：即超導性和磁性共存于由三個相互扭曲的石墨烯層組成的系統中。因此，該系統實際上會產生自己的內部磁場，從而產生二極管效應。

布朗大學的同事觀察到的二極管效應也非常強。此外，二極管的方向可以通過簡單的電場逆轉。總之，這使得三層石墨烯成為超導二極管效應的一個很有前途的平臺，”Mathias Scheurer解釋道，他在二維材料，尤其是石墨烯方面的研究獲得了ERC的啟動資金。

“布朗大學的同事觀察到的二極管效應也非常強。此外，二極管的方向可以通過一個簡單的電場來反轉。這使得三層石墨烯成為超導二極管效應的一個很有前景的平臺，” Mathias Scheurer 解釋道。

有前途的材料石墨烯

Nature Physics 中描述的二極管效應也是用石墨烯產生的，石墨烯是一種由以蜂窩狀排列的單層碳原子組成的材料。堆疊幾層石墨烯會帶來全新的特性，包括三個相互扭曲的石墨烯層能夠無損耗地導電。

該系統在沒有外部磁場的情況下存在超導二極管效應，這一事實對扭曲三層石墨烯復雜物理行為的研究具有重要意義，因為它證明了超導和磁性共存。這表明二極管效應不僅具有技術相關性，而且有可能提高我們對多體物理基本過程的理解。這方面的理論基礎已經發表在另一個高級出版物2D Materials（https://doi.org/10.1088/2053-1583/ac5b16）。

該系統中在沒有外部磁場的情況下存在超導二極管效應這一事實對于研究扭曲的三層石墨烯的復雜物理行為具有重要意義，因為它證明了超導性和磁性的共存。這表明二極管效應不僅具有技術相關性，而且具有提高我們對多體物理基本過程的理解的潛力。這方面的理論基礎已經發表在另一個高級出版物（2D Materials，“扭曲三層石墨烯中的零場超導二極管效應理論”）。

審核編輯 ：李倩