交替磁体中的自旋极化超导电流与 Josephson 二极管效应

我们对由置于两个 BCS 超导体(SC)之间的 d 波交替磁体(AM)构成的结中的 Josephson 效应进行了系统的理论研究。通常，SC/AM 界面是自旋活性的，并由自旋依赖的 $\delta$ 势建模，允许局部交换场矢量具有任意方向。该模型在全量子(Gor'kov)和半经典(Eilenberger)格林函数技术框架下建立，应用于两种不同情况： 弱自旋极化 AM（交换场远小于费米能）和 强自旋极化 AM（交换场与费米能相当）。我们将模型应用于 SC/AM/SC 几何结构，考虑了 Josephson 电流-相位关系(CPR)。在弱自旋极化区域，CPR 表现出正常的 Josephson 效应。无论交替磁体的取向如何，结都会经历 $0-\pi$ 转变。根据取向的不同，系统表现出类似于铁磁结或反铁磁结的特征。为了研究作为本文核心结果的自旋极化电流和非互易输运，我们将主要焦点放在强自旋极化区域。在该区域下，我们区分了两种情况。跨结的共面交换场分布表现出正常的 Josephson 效应；然而，CPR 中存在纯正且稳定的远程二次谐波。相比之下，非共面交换场分布会在结上引起所谓的量子几何相位，导致 Josephson CPR 中相位反转中心的缺失。结果，出现了 Josephson 二极管效应，其电荷二极管效率显著大于 30%，自旋二极管效率完美达到 100%。