利用Rashba-Edelstein效应实现约瑟夫森结的相位偏置
介观与纳米尺度物理
2024-01-08 v2 超导电性
摘要
凝聚态系统中自旋自由度轨道耦合的显现为自旋电子学领域开辟了新的维度。自旋轨道耦合最吸引人的方面是自旋系统所感知的表观马格努斯力,它以一种奇妙的方式将费米动量锁定于电子自旋。在载流态中,由此产生的宏观自旋极化以自旋流或自旋密度的形式直接可及。例如,在Rashba界面处,电荷电流使自旋锁定的费米面发生偏移,导致界面处出现非平衡自旋密度,即通常所称的Rashba-Edelstein效应。由于Rashba-Edelstein效应本质上是界面性质,自旋矩的直接探测较难搭建。本文证明,通过在此类Rashba界面上放置两个紧密间隔的超导电极所实现的简单平面约瑟夫森结几何结构,可直接估计非平衡自旋矩的强度。在垂直磁场中对Nb-(Pt/Cu)-Nb平面约瑟夫森结的夫琅禾费图样的测量显示,夫琅禾费图样中心偏移至非零场值。通过大量对照测量,我们认为结中的屏蔽电流将外场有效锁定于Rashba-Edelstein效应诱导自旋密度所产生的自旋矩,从而导致观测到的夫琅禾费图样偏移。这一简单实验为直接探测各种自旋轨道效应诱导的自旋极化提供了新视角。非常有趣的是,该器件平台还提供了在不使用任何磁性材料的情况下在零场下于结中保持可控相位的可能性,因而可用作超导量子电路的相位电池。
引用
@article{arxiv.2304.11457,
title = {Phase biasing of a Josephson junction using Rashba-Edelstein effect},
author = {Tapas Senapati and Ashwin Kumar and Kartik Senapati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.11457},
year = {2024}
}