超导二极管-热管理 | Nature Nanotechnology

电荷与热输运的精准调控，对于计算技术与热管理技术的发展至关重要。近期基于超导材料的研究表明，在液氦温度附近，可实现超导电流的整流效应。然而，尽管调控低温纳米尺度辐射热流在理论层面备受关注，且有望推动量子技术发展，但目前尚未有实验证实该调控的可行性。

1：实验装置与微加工器件示意图。

近日，密歇根大学Yuxuan Luan, Shen Yan，Edgar Meyhofer & Pramod Reddy团队和斯坦福大学范汕洄院士团队在Nature Nanotechnology上发文，首次通过实验观测，证实了常态金属（金）与超导体（铌）纳米间隙内的光子介导热输运过程。

图2：用于探测Au-SCP与Nb-SPM之间辐射热传递的实验方案。

通过创新性扫描量热探针与纳米加工器件（将微加工量热计（一种带有平面铌区域的悬浮薄膜结构）与集成金球的扫描探针相结合（图1a），可在液氦温度下实现皮瓦级分辨率的热学测量），研究发现：当铌从正常金属态转变为超导态时，铌与金纳米间隙之间的近场辐射热输运强度被约20倍。

图3：Au-SCP与Nb-SPM之间温度关系的近场热传递结果。

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图4：10纳米间隙时，由铌平面与金球构成近场热二极管的实验验证。

这证实铌了的超导相变可实现高效的热输运整流，进一步研制出了铌基低温热二极管，热输运整流比可达70%（这也是目前已报道的光子型热二极管的最高整流比）。这将为量子材料中纳米尺度热输运的研究提供支撑，并推动超导器件热管理技术的发展。

参考文献： 中国光学期刊网

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