实现超导纳米结构的三维化

从二维转向三维可能对系统行为产生重大影响，无论是将纸张折叠成纸飞机，还是将金属丝扭转成螺旋弹簧。在比人类头发细千倍的纳米尺度上，人们接近了量子材料等物质的基本长度尺度。在此尺度下，纳米几何结构的图案化可导致材料本身性质的变化——当转向三维时，通过打破对称性、引入曲率和创建互连通道，便获得了定制功能的新方法。

尽管存在这些诱人前景，核心挑战依然存在：如何在量子材料中实现纳米尺度的复杂三维几何结构？在一项新研究中，马克斯·普朗克固体化学物理研究所研究人员领导的国际团队，采用类似纳米3D打印的技术制备了三维超导纳米结构。他们在桥状三维超导体中实现了超导态的局部调控，甚至演示了超导涡旋——超导态中的纳米级缺陷——的三维运动。该成果已发表于《先进功能材料》期刊。

超导体以零电阻和排斥磁场的特性著称。这种显著特性源于库珀对的形成：电子束缚对在材料中相干移动而不发生散射。

"核心挑战之一在于实现对纳米尺度超导态的精确控制，这既是探索新效应的关键，也是未来技术器件发展的基础，"该研究第一作者、MPI-CPfS博士后研究员艾琳娜·扎金娜解释道。

在构建三维纳米几何超导体时，这支由德国（MPI CPfS, IFW）和奥地利（维也纳工业大学、维也纳大学）研究人员组成的国际团队，成功实现了超导态的局部调控——即在纳米结构不同区域"关闭"超导性。这种超导态与"正常"态的共存可引发量子力学效应，例如用于超高灵敏度传感的"弱连接"。然而此前，此类调控通常需预先设计结构（如平面薄膜）来实现态共存。

"我们发现仅需在磁场中旋转三维纳米结构，就能在不同区域开关超导态，"MPI-CPfS莉泽·迈特纳研究组组长、论文通讯作者克莱尔·唐纳利表示，"由此我们实现了'可重构'超导器件！"

这种可重构功能的实现为建造自适应或多功能超导元件提供了新平台。该能力与调控超导态缺陷传播的特性相结合，为构建复杂超导逻辑与神经形态架构开辟道路，为新一代可重构超导技术奠定基础。