Nature:在复合超导纳米线上观测单重态-三重态Cooper电子对
纳米技术 纳米 2022-11-30

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目前对于大多数天然超导体材料,比如传统的Al等s波超导体以及具有高温转变温度的d波超导体, Cooper对的自旋电子自旋方向是相反的。相比而言,同样具有Copper电子对的本征超导p波材料的电子同向自旋方向,但是p波材料并没有发现或合成。

同时人们发现,当S波超导材料与磁性材料接触时,通过s波超导体与具有自旋-轨道耦合作用的半导体纳米线相互靠近,能够实现同自旋配对现象(equal-spin pairing)。

有鉴于此,代尔夫特理工大学Tom Dvir等在自旋极化的量子点之间观测发现等自旋成对现象,这种等自旋成对是在相互靠近的s波超导体与具有强自旋-轨道耦合的半导体纳米线发现的。

本文要点

(1)

构筑了结构为N-QD-S-QD-N器件,并分别在安装自旋滤波和不安装自旋滤波情况测试CAR(安德烈夫反射(Andreev reflection))和弹性隧穿ECT(elastic co-tunnelling)(入射电子直接隧穿到另一侧金属区域的现象称为elastic cotunneling,EC过程通常是不可忽略的,并且会干扰到CAR的探测)。

与预测结果相符,在测试过程中成功观测发现在相邻纳米线具有三重态成分的超导电子对。这项研究结果说明自旋极化的量子点之间当超导和SOC结合时,能够产生三重态CAR现象,为构筑人工Kitaev链提供机会。

(2)

作者发现通过打破Cooper对的自旋匹配,实现了等自旋极化的两个电子。这项研究结果说明在不同量子点之间能够实现可控的单重态/三重态配对。同时这种三重态配对电子排布是实现人工Kitaev链所必须的要求。

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参考文献

Wang, G., Dvir, T., Mazur, G.P. et al. Singlet and triplet Cooper pair splitting in hybrid superconducting nanowires. Nature (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-05352-2

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05352-2


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