基于畴壁与skyrmion磁赛道中超导二极管效应的约瑟夫森晶体管
超导电性
2024-06-21 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
在超导体中，时间反演对称破缺与空间反演对称破缺的结合可导致临界电流依赖于电流流动方向。这一现象被称为超导二极管效应(SDE)，在未来低温电子学应用中具有巨大潜力。在此，我们研究如何利用赛道上的磁纹理（如畴壁或skyrmion）来控制约瑟夫森结中的SDE，以及如何将SDE用作赛道存储器件中数据的低温读取。首先，我们考虑一个具有强自旋轨道相互作用(SOI)的二维电子气(2DEG)耦合到磁赛道，其构成约瑟夫森结中的弱连接。在该装置中，磁纹理与2DEG中巡游电子之间的交换耦合打破了时间反演对称性并实现了SDE。当磁纹理（如畴壁或skyrmion）进入约瑟夫森结时，结内的局域交换场发生改变，从而SDE的强度被改变。特别地，取决于磁纹理的位置和形式，移动磁纹理可使SDE系数变号，从而实现具有潜在快速开关频率的约瑟夫森晶体管效应。此外，我们发现当结的长度尺度与磁纹理的长度尺度相当时，SDE增强。而且，我们表明在某些情况下，特定磁纹理（如skyrmion）提供的对称破缺可即使在2DEG中无Rashba SOI时也能导致SDE。我们的结果为低温存储器件的新形式读取奠定了基础，并展示了即便在没有外磁场和本征Rashba SOI的情况下如何实现约瑟夫森晶体管效应。
引用
@article{arxiv.2308.04817,
title = {Josephson transistor from the superconducting diode effect in domain wall and skyrmion magnetic racetracks},
author = {Richard Hess and Henry F. Legg and Daniel Loss and Jelena Klinovaja},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.04817},
year = {2024}
}
备注
16 pages, 11 figures, 1 table