研究人员开发反铁磁超导旋转阀
中央大学的研究人员开发了自旋三重态超电流自旋阀的反铁磁模拟，以简化自旋三重态超导阀的制造。
超导体是对流过它们的电流不产生阻力的材料。将他们的研究与自旋电子学（研究电子的本征自旋及其在电子学中的应用）相结合，为超导自旋电子学的新领域铺平了道路。
特别重要的是对自旋三重态库珀对的研究，它由作为一个单元一起移动的电子群组成。这种行为对于产生所谓的超电流至关重要。开发利用这种独特行为的复杂逻辑和存储电路需要回答两个关键问题：如何有效生成自旋三重态库珀对以及如何精确控制其行为。
为了应对这些挑战，研究人员设计了自旋三重态超导阀，能够根据需要打开和关闭超导电流。这些阀门仅需要适度的外部磁场即可主动操纵自旋三重态库珀对的行为。然而，它们是由铁磁约瑟夫森结（JJ）制成的，该结由夹在超导体之间的薄层非超导材料组成。它们需要复杂而精密的工程来防止杂散磁场的干扰。
为了使自旋三重态超导阀的制造变得更容易，由韩国中央大学物理系的 Kun-Rok Jeon 助理教授领导的研究小组现已开发出自旋三重态超流自旋的反铁磁类似物阀门。铁磁材料具有磁吸引力，而反铁磁材料则有效地抵消磁场，不显示磁吸引力。该团队采用锰-锗化合物Mn3Ge（一种手性反铁磁物质）来制作反铁磁自旋三重态JJ，这对于超导自旋电子电路的发展具有重大前景。他们的论文于 2023 年 3 月 30 日在线发布，并于 2023 年 7 月发表在《自然纳米技术》杂志第 18 卷上。
Jeon 博士强调了这项研究的重要性，他说：“我们的概念验证演示表明，可以通过单个手性反铁磁体 Mn3Ge 中的磁场调制贝里曲率来打开和关闭自旋极化三重态超电流，这提供了一个新的范例这将引起凝聚态物理和纳米技术领域的科学家的兴趣。”
从根本上说，反铁磁材料中自旋三重态库珀对的控制取决于贝里曲率，贝里曲率是材料的基本属性，表明电子的能级如何响应外部磁场。研究人员修改了 Mn3Ge 的贝里曲率以产生“虚拟磁场”，从而能够以最小的能量输入精确控制超电流。
他们从理论上验证了观察到的反铁磁自旋阀的超电流行为，并利用它制造了超导量子干涉装置（SQUID），这是一种用于测量极其微妙磁场的灵敏磁力计。这些设备广泛应用于医学成像、地球物理学和材料表征等领域。SQUID 的功能展示了反铁磁自旋阀在超导自旋电子学领域的潜力。
目前的发现不仅增强了我们对贝里曲率在单重态到三重态对转换中作用的理解，而且激发了未来对贝里曲率和自旋三重态配对之间复杂相互作用的理论研究。
“这项研究可以推进超导自旋电子学领域的发展，并有可能催生新一代绿色超级计算机，与当今的半导体技术相比，其运行能耗要低得多，”Jeon 博士说。