当代电子工业建立在对电子运动的精细调控之上。在电子线路中， 除了电阻、电容、电感等线性元件以外，二极管和以其为基本单元的三极管等非线性半导体元器件，可以实现整流、放大等调控功能。这些功能的物理基础是半导体PN结的二极管效应: 依照加在PN结上的电压是正向或反向偏置的不同，二极管分别处于导通或截止状态，但是该效应仅对正常电流适用。正常电流指的是由于电阻的存在而导致能量耗散的电流。

另一方面，超导电性是凝聚态物理的核心研究内容之一。近年来，超导量子电子学对量子计算的发展起到了关键作用。对超导电流的量子调控成为一个有待深入研究的新课题。超导电流是宏观量子现象, 具有位相相干性, 这使得超导体和半导体中的二极管效应存在本质不同，因此对超导电流的调控和对正常电流的调控有根本的差别。超导二极管效应大体可以分为交流和直流两种。

胡江平、吴从军、戴希曾提出约瑟夫森二极管(Josephson diode)的概念，其表现出交流超导二级管效应(Phys. Rev. Lett. 99, 067004 (2007))： 超导体中的库珀配对既可以是电子型的，也可以是空穴型的。 当这两种超导体被组合成一个约瑟夫森结时, 中间会产生莫特绝缘的电荷耗尽层，该层同时也充当了隧穿势垒区的角色。这种结构兼具PN 结和约瑟夫森结的双重特点，被称为约瑟夫森PN结。在此结上施加直流偏置电压，会产生交流超导电流；而且偏置电压会同时调控耗尽层（莫特绝缘层）的厚度。因此，约瑟夫森临界电流可以通过正向偏置来增强，或反向偏置来削弱，此效应尚在等待实验的验证。

直流超导二极管效应是零偏压下超导体表现出的一种现象，其主要特征是临界电流的空间非互易性。近年来，该效应已经被日本、欧洲、美国和国内的多个实验组相继证实，成为当今超导电子学的研究焦点。

西湖大学吴从军与南京大学王达、王强华研究组的合作，系统地研究了直流约瑟夫森二极管效应中的对称性破缺机制，构建了该效应的普适对称性分析框架，发表于Science Bulletin。该研究指出，传统上认为同时破坏时间反演对称性(T)和空间反演对称性(P)即可实现非互易临界电流的观点, 并不充分。实际上，必须破坏所有能够反转电流的对称性，包括T、P以及粒子—空穴对称性等此前被忽视的对称性，这些被统称为“电流反向对称性”。

基于自由能对规范不变相位差和外磁场的依赖关系，该研究明确定义了电流反向（JR）、磁场反向（BR）、场流联合反向（BJR）三类对称性。这些对称性分别导致正向和反向的超导临界电流J_c±和磁场B的关系如下:

该工作根据这些对称性将临界电流随磁场变化的响应划分为五类，如下表所示。表中有三类情况可以表现出直流超导二极管效应，包括 I) 场流联合反向对称性(BJR);  II) 满足磁场反向对称性 (BR)；III）没有任何对称性。还有两类对称性的情况不会表现出直流超导二极管效应，包括 IV) 同时满足电流反向、磁场反向对称性 (BJR);  V）满足电流反向对称性 （JR）。

表：正向和反向超导临界电流和磁场的关系

该工作首次建立了直流约瑟夫森二极管效应的完整对称性判据，澄清了该领域长期存在的理论困惑，为非互易超导现象的研究和相关超导器件的设计提供了系统的对称性指导原则。通过具体的微观模型计算，作者验证了上述对称性约束条件的普适性，揭示出电流反向对称性破缺在实现超导二极管效应中的关键作用。