中国科大在超导自旋输运研究方面取得重要进展

2021年02月06日

中国科大在超导自旋输运研究方面取得重要进展

近日，我校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与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，发现栅压控制的Rashba自旋轨道耦合可以有效调控零偏压电导峰所表征的相位相干多重Andreev反射。相关结果发表在国际知名期刊《Phys. Rev. Lett.》上。

零偏压电导峰是一系列隧穿效应的关键信号，包括Majorana束缚态、Andreev束缚态以及无反射隧穿效应等。尽管这些效应的内容有所不同，但它们所表现出来的零偏压电导峰却具有相同的微观物理起源，即在零能处发生了相位相干的Andreev反射。另一方面，自旋轨道耦合已经成为凝聚态物理领域近期许多重大发现（从新奇的自旋电子学器件到各种拓扑量子物相）的基石。那么在零偏压电导峰表征的相位相干Andreev过程中，自旋轨道耦合是否也会产生重要的影响呢？这是超导自旋输运研究的一个重要科学问题。

曾长淦教教授团队与李牮教授团队合作，构建了由超导体铌（Nb）和钙钛矿氧化物异质结铝酸镧/钛酸锶（LaAlO3/SrTiO3）组成的超导复合结构。其中LaAlO3/SrTiO3界面存在二维电子系统，且界面的Rashba自旋轨道耦合随栅压呈非单调变化。结合隧穿实验和理论计算，该团队发现根据超导体和二维电子系统之间耦合强度的不同，自旋轨道耦合可以有效地调控量子相位相干或者Andreev反射几率，进而调节隧穿谱中的零偏压电导峰强度。

图示：（a）Nb/LaAlO3/SrTiO3的器件示意图。其中LaAlO3/SrTiO3界面的二维电子系统存在栅压可调的Rashba自旋轨道耦合。（b）不同栅压下的归一化隧穿谱。

该研究不仅发现了非平庸的超导自旋输运现象，也为在栅压控制的超导复合结构中实现拓扑超导提供了新思路。这一研究成果发表在《Phys. Rev. Lett.》上[Phys. Rev. Lett. 126, 057701 (2021)]，我校合肥微尺度物质科学国家研究中心/物理系博士生郭林海和我校已毕业博士严跃冬为文章共同第一作者，曾长淦教授和李牮教授为通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院以及安徽省的资助。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abs ... sRevLett.126.057701

(合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、中科院量子信息与量子科技创新研究院、 科研部）