?

近日，我校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心國(guó)際功能材料量子設(shè)計(jì)中心與中科院強(qiáng)耦合量子材料物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾長(zhǎng)淦教授研究組與西湖大學(xué)李牮教授研究組實(shí)驗(yàn)與理論合作，在超導(dǎo)自旋輸運(yùn)研究方面取得重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)柵壓控制的Rashba自旋軌道耦合可以有效調(diào)控零偏壓電導(dǎo)峰所表征的相位相干多重Andreev反射。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Phys. Rev. Lett.》上。

零偏壓電導(dǎo)峰是一系列隧穿效應(yīng)的關(guān)鍵信號(hào)，包括Majorana束縛態(tài)、Andreev束縛態(tài)以及無反射隧穿效應(yīng)等。盡管這些效應(yīng)的內(nèi)容有所不同，但它們所表現(xiàn)出來的零偏壓電導(dǎo)峰卻具有相同的微觀物理起源，即在零能處發(fā)生了相位相干的Andreev反射。另一方面，自旋軌道耦合已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域近期許多重大發(fā)現(xiàn)（從新奇的自旋電子學(xué)器件到各種拓?fù)淞孔游锵啵┑幕?。那么在零偏壓電?dǎo)峰表征的相位相干Andreev過程中，自旋軌道耦合是否也會(huì)產(chǎn)生重要的影響呢？這是超導(dǎo)自旋輸運(yùn)研究的一個(gè)重要科學(xué)問題。

曾長(zhǎng)淦教教授團(tuán)隊(duì)與李牮教授團(tuán)隊(duì)合作，構(gòu)建了由超導(dǎo)體鈮（Nb）和鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)鋁酸鑭/鈦酸鍶（LaAlO3/SrTiO3）組成的超導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中LaAlO3/SrTiO3界面存在二維電子系統(tǒng)，且界面的Rashba自旋軌道耦合隨柵壓呈非單調(diào)變化。結(jié)合隧穿實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)根據(jù)超導(dǎo)體和二維電子系統(tǒng)之間耦合強(qiáng)度的不同，自旋軌道耦合可以有效地調(diào)控量子相位相干或者Andreev反射幾率，進(jìn)而調(diào)節(jié)隧穿譜中的零偏壓電導(dǎo)峰強(qiáng)度。

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(tǒng)存在柵壓可調(diào)的Rashba自旋軌道耦合。（b）不同柵壓下的歸一化隧穿譜。

該研究不僅發(fā)現(xiàn)了非平庸的超導(dǎo)自旋輸運(yùn)現(xiàn)象，也為在柵壓控制的超導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)提供了新思路。這一研究成果發(fā)表在《Phys. Rev. Lett.》上[Phys. Rev. Lett. 126, 057701 (2021)]，我校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心/物理系博士生郭林海和我校已畢業(yè)博士嚴(yán)躍冬為文章共同第一作者，曾長(zhǎng)淦教授和李牮教授為通訊作者。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)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

(合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、物理學(xué)院、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、 科研部）