中國科大超導自旋輸運研究方面取得重要進展

來自中國科大新聞網消息顯示,近日,中國科大合肥微尺度物質科學國家研究中心國際功能材料量子設計中心與中科院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授研究組與西湖大學李牮教授研究組實驗與理論合作,發現柵壓控制的Rashba自旋軌道耦合可以有效調控零偏壓電導峰所表徵的相位相干多重Andreev反射,在超導自旋輸運研究方面取得重要進展。

據悉,零偏壓電導峰是一系列隧穿效應的關鍵信號,包括Majorana束縛態、Andreev束縛態以及無反射隧穿效應等。盡管這些效應的內容有所不同,但它們所表現出來的零偏壓電導峰卻具有相同的微觀物理起源,即在零能處發生了相位相乾的Andreev反射。另一方面,自旋軌道耦合已經成為凝聚態物理領域近期許多重大發現(從新奇的自旋電子學器件到各種拓撲量子物相)的基石。

那麼在零偏壓電導峰表徵的相位相干Andreev過程中,自旋軌道耦合是否也會產生重要的影響呢?這是超導自旋輸運研究的一個重要科學問題。

研究團隊構建了由超導體鈮(Nb)和鈣鈦礦氧化物異質結鋁酸鑭/鈦酸鍶(LaAlO3/SrTiO3)組成的超導復合結構。其中LaAlO3/SrTiO3界面存在二維電子系統,且界面的Rashba自旋軌道耦合隨柵壓呈非單調變化。同時,結合隧穿實驗和理論計算,該研究團隊發現根據超導體和二維電子系統之間耦合強度的不同,自旋軌道耦合可以有效地調控量子相位相干或者Andreev反射幾率,進而調節隧穿譜中的零偏壓電導峰強度。

中國科大超導自旋輸運研究方面取得重要進展
圖示:(a)Nb/LaAlO3/SrTiO3的器件示意圖。其中LaAlO3/SrTiO3界面的二維電子系統存在柵壓可調的Rashba自旋軌道耦合。

(b)不同柵壓下的歸一化隧穿譜。

這一研究不僅發現了非平庸的超導自旋輸運現象,也為在柵壓控制的超導復合結構中實現拓撲超導提供了新思路。

該成果於近日在國際知名期刊《Phys. Rev. Lett.》上發表。中國科大合肥微尺度物質科學國家研究中心/物理系博士生郭林海和我校已畢業博士嚴躍冬為文章共同第一作者,曾長淦教授和李牮教授為通訊作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、中科院以及安徽省的資助。

文章鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.057701

來源:cnBeta