超导自旋电子学中三重态 Cooper 对的向列相与铁磁自旋过滤

我们考虑了两种类型的磁 Josephson 结 (JJ)。它们由两个单态超导体 S 及其间的磁层形成，使得该 JJ 为 S$_{\text{m}}$/n/S$_{\text{m}}$ 型异质结构，其中 S$_{\text{m}}$ 包含两个具有非共线磁化矢量的磁层。一层由弱铁磁体表示，另一层——即自旋过滤器——要么是导电强铁磁体（向列相或 N 型 JJ），要么是具有自旋相关透射率的磁隧穿势垒（磁或 M 型 JJ）。由于自旋过滤，只有完全极化的三重态分量能穿透正常 n 线并提供超导体 S 之间的 Josephson 耦合。尽管两种过滤器都允许总自旋 $\mathbf{S}$ 平行于过滤器轴的三重态 Cooper 对通过，但向列相和磁 JJ 的行为完全不同。在向列相情况下，电荷和自旋电流 $I_{\text{Q}}$ 和 $I_{\text{sp}}$ 不依赖于过滤器轴的相对取向；而在磁 JJ 中，当过滤器轴反平行时这两个电流均消失，并且在反转过滤器方向时改变符号。所得到的 $I_{\text{Q}}$ 和 $I_{\text{sp}}$ 表达式清楚地表明了超导相位 $\varphi$ 与弱磁层中交换场之间夹角 $\alpha$ 的对偶性。