基于半金属铁磁 CrO2 的超导三重态自旋阀中的巨大邻近效应

铁磁体可以通过形成自旋平行的三重态 Cooper 对和奇频配对机制来维持超电流。由于此类配对不会被铁磁体的交换能破坏，超导三重态关联具有长程性和自旋极化特性，在超导自旋电子学器件方面展现出应用前景。主要挑战在于理解三重态如何在超导体（S）/铁磁体（F）界面产生。在此，我们利用所谓的三重态自旋阀（TSV）概念，研究常规超导体中的单重态向半金属铁磁体 CrO_2 中三重态的转换。TSV 由两个铁磁层（由一层薄正常金属（N）层隔开）和一个超导体组成（F_1/N/F_2/S）。当 F_{1,2} 层的磁化方向不共线时，F_1/N/F_2 组件会在 F_1 中产生三重态。这会从 S 层抽走单重态对，因此三重态的产生表现为临界温度 $T_c$ 的降低。最近有报道使用 Co 作为抽运层的 TSV 实验，利用面内磁场，发现 $T_c$ 偏移高达 100~mK。通过使用 CrO_2 代替 Co 并将磁场从面内旋转至面外，我们发现了高达近 1 开尔文的强烈 $T_c$ 变化，磁场强度可达特斯拉量级。如此强烈的抽运效应与超电流在 CrO_2 中可流动的较大长度一致，该长度显著大于常规铁磁体中的长度。我们的结果指出了半金属在超导自旋电子学中的特殊兴趣。