電荷與熱輸運(yùn)的精準(zhǔn)調(diào)控，對于計(jì)算技術(shù)與熱管理技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。近期基于超導(dǎo)材料的研究表明，在液氦溫度附近，可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電流的整流效應(yīng)。然而，盡管調(diào)控低溫納米尺度輻射熱流在理論層面?zhèn)涫荜P(guān)注，且有望推動量子技術(shù)發(fā)展，但目前尚未有實(shí)驗(yàn)證實(shí)該調(diào)控的可行性。

1：實(shí)驗(yàn)裝置與微加工器件示意圖。

近日，密歇根大學(xué)Yuxuan Luan, Shen Yan，Edgar Meyhofer & Pramod Reddy團(tuán)隊(duì)和斯坦福大學(xué)范汕洄院士團(tuán)隊(duì)在Nature Nanotechnology上發(fā)文，次通過實(shí)驗(yàn)觀測，證實(shí)了常態(tài)金屬（金）與超導(dǎo)體（鈮）納米間隙內(nèi)的光子介導(dǎo)熱輸運(yùn)過程。

圖2：用于探測Au-SCP與Nb-SPM之間輻射熱傳遞的實(shí)驗(yàn)方案。

通過創(chuàng)新性掃描量熱探針與納米加工器件（將微加工量熱計(jì)（一種帶有平面鈮區(qū)域的懸浮薄膜結(jié)構(gòu)）與集成金球的掃描探針相結(jié)合（圖1a），可在液氦溫度下實(shí)現(xiàn)皮瓦級分辨率的熱學(xué)測量），研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鈮從正常金屬態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時，鈮與金納米間隙之間的近場輻射熱輸運(yùn)強(qiáng)度被抑制約20倍。

圖3：Au-SCP與Nb-SPM之間溫度關(guān)系的近場熱傳遞結(jié)果。

圖4：10納米間隙時，由鈮平面與金球構(gòu)成近場熱二極管的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

這證實(shí)鈮了的超導(dǎo)相變可實(shí)現(xiàn)高效的熱輸運(yùn)整流，進(jìn)一步研制出了鈮基低溫?zé)岫O管，熱輸運(yùn)整流比可達(dá)70%（這也是目前已報道的光子型熱二極管的高整流比）。這將為量子材料中納米尺度熱輸運(yùn)的研究提供支撐，并推動超導(dǎo)器件熱管理技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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