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摘要：研究小组将高纯度的铅（Pb）和铝（Al）线焊接在一起，利用两种材料同一温度下热导率的不同，制作出一种热二极管，在低于Pb的超导转变温度（7.2K）的温度范围内观察到了热整流现象。

关键词：超导、热二极管、热导率、整流比、热管理技术

要点

通过将高纯度的Pb线（超导体）和Al线（在2K以上为常导体）进行焊接，制作热二极管。
利用其超导态下热导率较低，常导态下热导率较高的特性。
可以通过施加磁场来控制热整流比最大化的温度范围。
即使是1K左右的小温差，也能实现热整流，有望应用于低温设备。

热二极管的示意图。超导体位于低温侧，有效热导率较低，热流难以传递的状态。

世界各地都在积极开发可以自由操控热流的热管理技术，以提高电子器件等的性能。例如，目前人们正在开发一种能够显著改变热导率并控制热流难易程度的“热开关材料”。研究小组也一直在开发磁性热开关技术，该技术利用超导体在超导转变过程中发生的热导率剧烈变化。

本研究的主题——热二极管也是一种热控制技术，它利用了这样一个事实来实现热整流：当对材料施加温差时，热流在正向和反向流动的难易程度存在显著差异。普通二极管整流电流，而热二极管整流热流。虽然理论上已经提出了使用超导体的热二极管，但还没有关于在超导体和正常导体之间的体结中观察到热整流现象的明确实验报道。

研究小组将高纯度的铅（Pb）和铝（Al）线焊接在一起，并在低于Pb的超导转变温度（7.2K）的温度范围内观察到了热整流现象。在磁场中，Pb线的热导率在超导转变温度处急剧下降；另一方面，由于Al在高于2K的温度范围内不发生超导，因此始终保持着高热导率。接合中心的温度接近Pb的超导转变温度：当Pb线位于高温侧时，热导率较高；而当Al线位于高温侧时，则热导率较低。在此次的实验中，最大整流比达到了1.75倍，从而观察到了明显的整流现象。

未来，通过优化材料组合、长度比和热二极管形状，实现更高的整流比，有望成为一种在低温设备中有用的热管理技术。

（1）获取信息

DOI：10.1002/apxr.202500080

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利用超导体开发热二极管