半导体二极管因其非互易电荷输运性质（即单向导通性质）成为了现代电子学中的重要组成部分。超导体中也存在着类似的半导体二极管现象，称为超导二极管效应。其特征是一个方向的超导临界电流与相反方向的不同，因此可以表现出超导整流效应，其较大的优势就是近零（或极低）的功耗。自Nb/V/Ta超晶格超导体中观察到超导二极管效应以来，因该效应的器件不仅可以作为低温电子电路的基本元件，具有巨大的应用潜力，还能反映最基本的物理特征如时间/空间反演对称性等，因而用来研究材料体系中的本征物理性质。
最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心Q02/HX-Q02课题组的沈洁特聘研究员、吕力研究员与合作者带领团队利用拓扑材料Ta2Pd3Te5的边缘态和超导电极构建一种新型的约瑟夫森二极管。该团队选择Ta2Pd3Te5的原因是：1）其是范德华尔斯材料，容易通过机械剥离的方法制备器件；2）理论计算表明，其在无相互作用的情况下，是一种量子自旋霍尔绝缘体。输运工作也发现Ta2Pd3Te5中的边缘态及其表现出的Luttinger液体行为；3）Ta2Pd3Te5还可以通过掺杂或高压引入超导电性。这些都为在该材料上制备约瑟夫森二极管提供动力和基础。该团队发现Ta2Pd3Te5边缘干涉器具有干涉约瑟夫森二极管效应，并具有几个优点：1）在非常小的磁场下就能实现较高的约瑟夫森二极管效率；2）其功率极小（皮瓦级）；3）其效率在微波辐照下，随功率的衰减比较慢，因此可在高频下使用。该团队还证实该约瑟夫森二极管的产生机制：1）需外加磁场；2）需要两个边缘态约瑟夫森结的超流不一致；3）约瑟夫森结中的超流-相位关系需要有高阶谐振项。
编辑：余荫铠
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