量子材料科学中心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
常规BCS超导不同，自旋三重态超导是一种集自旋信息与超导特性于一体的新颖量子态，是凝聚态物理中一个有趣但是非常具有挑战性的研究课题。自旋三重态超导的一大特征是参与配对电子的自旋同向排列，因此自旋三重态超导可以在铁磁体中长距离传输，是实现无耗散自旋流的重要方案之一。自旋三重态超导具有拓扑非平庸马约拉纳费米子激发，在拓扑量子计算领域也具有重要的应用前景。但是，自然界中存在的本征自旋三重态超导却非常罕见，因此人工构造自旋三重态超导吸引了研究人员的广泛关注。
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课题组与谢心澄院士、孙庆丰教授、贾爽副教授以及美国布法罗大学的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)。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），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)。并且通过系统研究进一步证实该磁阻来源于界面各向异性自旋三重态超导。
该工作是首次利用自旋流探测到了人工构造的界面自旋三重态超导，具有重要的学术意义。该结果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一定的推动作用。
2021年11月18日，该成果以“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》。北京大学量子材料科学中心2017级博士生蔡冉冉与2016级博士生姚云焱为共同第一作者，韩伟副教授为文章通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金、国家科技部、中科院先导计划和北京自然科学基金等经费支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27041-w
图a：物理图像示意铁磁/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。b：FexTaS2/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。