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《物理评论快报》:中科大与西湖大学研究组联合在超导自旋运输研究方面取得重要进展

olivia chan

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自旋输运是电子输运的一种方式,自旋相关输运可以说是自旋电子学中最核心的概念。输运现象讨论的是在电场、磁场、温度场等作用下电荷和能量的输运问题。

近日,中科大合肥微尺度物质科学国家研究中心,国际功能材料量子设计中心,中科院强耦合量子材料物理重点实验室曾长淦教授研究组与西湖大学李牮教授研究组实验与理论合作,在超导自旋输运研究方面取得重要进展。研究结果发表在国际知名期刊《Phys. Rev. Lett.》上,题为“Zero-Bias Conductance Peaks Effectively Tuned by Gating-Controlled Rashba Spin-Orbit Coupling”(通过闸门控制Rashba自旋轨道耦合有效调整零偏导峰值)。

零偏压电导峰(ZBCPs)可以表现出许多显著的物理现象,为底层电子系统提供关键特性。研究团队在由氧化物异质结构组成的混合结中观察到的明显的零偏导峰。

团队利用LaAlO3/SrTiO3和元素超导体Nb构建了超导复合结构,其中二维电子系统(2DES)在 LaAlO3/SrTiO3界面是已知的适应栅极可调谐的Rashba自旋-轨道耦合(Spin-Orbit Coupling, SOC)。值得注意的是,零偏压电导峰表现出对栅极电压的圆顶状依赖性,这与Rashba在2DES中的非单调栅极依赖性密切相关。

观察到的零偏压电导峰的起源可以归结为电子发生相位相干多重安德烈夫反射的无反射隧道效应,其栅极依赖性可以用电子在2DES中的量子相干时间随SOC导致的动量分离增加而增强来解释。

研究进一步从理论上证明,在存在大量邻近效应的情况下,Rashba 自旋-轨道耦合可以直接增强2DES-阻挡-超导结中的整体Andreev电导。这些发现不仅凸显了零偏压电导峰所揭示的电子自旋与超导性之间的非平凡相互作用,而且为通过可控自旋-轨道耦合研究超导混合结构奠定了基础,在从超导自旋电子学到拓扑超导学的各个研究前沿都具有重要意义。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.057701


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