代爾夫特理工大學的一個團隊展示了一種單向超導體，它在一個方向上的電阻為零，但在另一個方向上完全阻斷電流。這一長期以來被認為不可能的發現，預示着計算速度的400倍飛躍和巨大的能源節約。超導體可以使電子設備的速度提高數百倍，並完全消除能量損失，但它們只對某些應用有用，因為如果不使用磁場，就不可能阻止它們在所有方嚮導電。
在無法控制流動方向的情況下建造計算機？不可能。因此，我們只能用半導體，而摩爾定律因此會撞到它們的極限。
因此，這一發現是非常重要的。馬扎爾-阿里（Mazhar Ali）副教授和代爾夫特理工大學的一個團隊在《自然》雜誌上發表了新的研究，打開了超導二極管的大門，預示着電子產品的速度和能源效率將發生革命性的變化。
半導體可以有一個內置的固定偶極子，有效地使電子在一個方向比另一個方向更難移動，而超導體沒有這樣的內置電位，所以只有使用磁場才能誘導出這樣的電位。這是在納米級水平上極難控制的事情，所以它對電子學來說並不實用。
為了突破這一限制，阿里和團隊引入約翰霍普金斯大學材料物理學團隊正在開發的一種新型量子材料。與石墨烯一樣，Nb3Br8是一種用於原子級薄片的二維材料，但它被推測為擁有自己的電偶極。阿里和他的團隊創造了所謂的”量子材料約瑟夫森結”- 兩個超導體的三明治，中間是量子材料Nb3Br8。”我們能夠將這種Nb3Br8剝離幾個原子層，製成一個非常非常薄的三明治結構–只有幾個原子層的厚度–這是製造約瑟夫森二極管所需要的，而用普通的三維材料是不可能的，”阿里對SciTechDaily解釋說。
“許多技術都是基於舊版本的JJ超導體，”阿里繼續說。”例如，核磁共振技術。另外，今天的量子計算也是基於約瑟夫森結的。但區別在於以前只可能使用半導體的技術，現在有可能使用這種構件的超導體來製造。這包括更快的計算機，如速度高達太赫茲的計算機，比我們現在使用的計算機快300至400倍。這將影響各種社會和技術應用。如果說20世紀是半導體的世紀，那麼21世紀可以成為超導體的世紀”。
研究人員使用不同批次的材料建造並測試了”許多設備”，每次都發現了一個強烈定向的約瑟夫森二極管結果。他們嘗試逆轉二極管，並嘗試在結點上施加各種磁場以觀察可能會產生什麼影響。結果顯示二極管在前進方向上沒有阻力，在後退方向上有正常的阻力，而且在零磁場下也能工作。
迄今為止的研究是在極冷的溫度下進行的，溫度低於77開爾文（-196℃，-321°F）。因此，下一個挑戰是將溫度提高到電子設備可以現實地用液氮冷卻的區域。這應該可以使用”已知的高Tc超導體”來實現。
然後要解決的是製造問題，阿里說。”雖然我們證明這在納米設備中是可行的，這很好，但我們只做了一小部分。下一步將是研究如何將生產規模擴大到一個芯片上的數百萬個約瑟夫森二極管。”
在服務器群和超級計算機中實施這種超導技術將是有意義的。集中計算是當今世界的真正運作方式。任何和所有密集的計算都是在集中的設施中完成的，在電源管理、熱管理等方面，本地化增加了巨大的好處。現有的基礎設施可以在沒有太多成本的情況下與基於約瑟夫森二極管的電子裝置一起工作。有一個非常真實的機會，如果在另一個問題中討論的挑戰被克服，這將徹底改變集中式計算和超級計算的遊戲規則。
該研究發表在《自然》雜誌上。