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南京大學(xué)超導(dǎo)電子學(xué)研究所在人工自旋冰與超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件研究中取得重要進(jìn)展

第二類超導(dǎo)體中量子化磁通的運(yùn)動行為對超導(dǎo)材料和器件的電磁輸運(yùn)性質(zhì)起著關(guān)鍵作用。人為調(diào)控超導(dǎo)磁通量子的運(yùn)動行為，不但可以有效提高超導(dǎo)體的臨界電流密度，還可實(shí)現(xiàn)具有新功能的超導(dǎo)電子器件，如超導(dǎo)磁通整流器、磁通二極管等。以往的磁通量子調(diào)控手段往往缺乏原位可調(diào)性，極大限制了相應(yīng)超導(dǎo)電子器件的應(yīng)用。近日，南京大學(xué)吳培亨院士領(lǐng)導(dǎo)的超導(dǎo)電子學(xué)研究所王永磊教授和王華兵教授研究團(tuán)隊設(shè)計出了一種可調(diào)控的新型人工自旋冰與超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件，不但實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)電性的原位開關(guān)，還實(shí)現(xiàn)了可開關(guān)和可反轉(zhuǎn)的磁通霍爾效應(yīng)。人工自旋冰是具有集體相互作用的納米小磁體陣列，其特殊的幾何排列使得系統(tǒng)具有很高的簡并度、新奇的低能激發(fā)態(tài)（如磁單極子）、豐富的相變和磁疇。近年來該團(tuán)隊致力于人工自旋冰和超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)器件等方面的研究，不但設(shè)計出了可擦寫的人工自旋冰，并且于國際上首次設(shè)計和制備出了人工自旋冰與超導(dǎo)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)控的超導(dǎo)磁通阻挫效應(yīng)和磁通整流效應(yīng)。近日該團(tuán)隊又設(shè)計出了一種基于風(fēng)車型人工自旋冰與超導(dǎo)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件，利用風(fēng)車型人工自旋冰易于調(diào)控的鏈條狀磁荷結(jié)構(gòu)，以及磁荷與超導(dǎo)磁通量子間的強(qiáng)耦合作用，實(shí)現(xiàn)了對超導(dǎo)磁通運(yùn)動的原位操控，展示了超導(dǎo)零電阻態(tài)與耗散態(tài)之間的原位開關(guān)，同時實(shí)現(xiàn)了可編程的磁通霍爾效應(yīng)。

南京大學(xué) 2021-02-01

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