科学研究
科研成果
韩伟课题组在二维铁磁/超导界面实现自旋三重态超导的构造与探测
发布日期:2021-12-01浏览次数:

自旋三重态超导是一种不符合常规超导体微观理论(BCS理论)、集自旋信息与超导特性于一体的新颖量子态,在凝聚态物理领域备受关注,其研究非常具有挑战性。自旋三重态超导可以参与配对电子的自旋同向排列,且在铁磁体中长距离传输,因此是实现无耗散自旋流的重要方案之一;此外,自旋三重态超导具有拓扑非平庸马约拉纳费米子激发,因此在拓扑量子计算领域也具有重要的应用前景。然而,由于自然界中存在的本征自旋三重态超导非常罕见,人工构造自旋三重态超导引起广泛关注。

为了进一步推动自旋三重态超导的研究与应用,北京大学物理学院量子材料科学中心韩伟长聘副教授课题组与谢心澄院士、孙庆丰教授、贾爽长聘副教授和美国布法罗大学Igor Zutic教授合作,在二维铁磁/超导界面利用Rashba自旋轨道耦合实现了自旋三重态超导的构造和探测(图a)。联合研究团队在二维范德瓦尔斯铁磁体 (FexTaS2) 与常规BCS超导体(NbN)形成的异质结界面(图b)中,成功观察到各向异性自旋三重态Andreev反射导致的磁阻行为(图c),并通过系统研究进一步证实了该磁阻来源于界面各向异性自旋三重态超导。

上述研究工作首次利用自旋流探测到人工构造的界面自旋三重态超导,具有重要的学术意义;与此同时,为人工构造与调控自旋三重态超导提供了全新的实验策略,对基于自旋三重态超导的量子器件研发起到积极的推动作用。

a)铁磁/超导异质结界面由Rashba自旋轨道耦合诱导的自旋三重态超导图;(bFexTaS2/NbN异质结器件结构与实验测量示意图;(c)二维范德瓦尔斯铁磁FexTaS2/NbN界面由各向异性自旋三重态Andreev 反射诱导的磁阻行为

2021年11月18日,相关成果以“二维范德华铁磁体/超导体界面处各向异性自旋三重态 Andreev 反射的证据”(Evidence for anisotropic spin-triplet Andreev reflection at the 2D van der Waals ferromagnet/superconductor interface)为题,在线发表于《自然·通讯》(Nature Communications);北京大学物理学院量子材料科学中心2017级博士研究生蔡冉冉和2016级博士研究生姚云焱为共同第一作者,韩伟为通讯作者。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、北京市自然科学基金,及量子物质材料协同创新中心等支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-27041-w