Express Letter

Magnetic Nonreciprocity in a Hybrid Device of Asymmetric Artificial Spin-Ice-Superconductors

Chong Li (李冲), Peiyuan Huang (黄培源), Chen-Guang Wang (王晨光), Haojie Li (李浩杰), Yang-Yang Lyu (吕阳阳), Wen-Cheng Yue (岳文诚), Zixiong Yuan (袁子雄), Tianyu Li (李甜雨), Xuecou Tu (涂学凑), Tao Tao (陶涛), Sining Dong (董思宁), Liang He (何亮), Xiaoqing Jia (贾小氢), Guozhu Sun (孙国柱), Lin Kang (康琳), Huabing Wang (王华兵), Peiheng Wu (吴培亨), and Yong-Lei Wang (王永磊)

Chin. Phys. Lett. 2024, 41 (6): 067402

DOI: 10.1088/0256-307X/41/6/067402

文章亮点

设计了一种全新的人工自旋冰和超导异质结构器件，实现了奇特的单一磁场方向的超流输运效应，即磁非互易超导效应。该研究提出了磁场驱动的超导二极管概念，为设计低能耗的电子芯片提供了具有新功能的原型器件。

图 1. 非对称纳米小磁体阵列构成的方形人工自旋冰放置于超导薄膜上（左），形成奇特的超导磁通钉扎势场，产生了随磁场不对称的超导输运效应，即磁非互易效应（右）。

非对称人工自旋冰-超导器件中的磁非互易超导效应

研究背景

非互易超导效应是实现高性能电子器件的关键。其中随电流的非互易超导效应，即具有单向超流输运的超导二极管，已成为超导物理和电子学研究领域的热点，并受到越来越广泛的关注。然而，随磁场的非互易超导效应的研究非常罕见。这是因为超导材料与大多数功能电子材料类似，其物理性质对磁场的方向并不敏感，如临界温度和临界电流等基本超导参量对磁场方向的响应通常都是对称的。研究磁非互易超导效应对开发新一代超导电子器件及探索非对称磁响应的新物理机制具有重要意义和应用前景。

内容简介

最近，南京大学超导电子学研究所的王永磊课题组开发了一种全新的超导异质结构器件。他们在超导薄膜上制备了一种由非对称纳米磁体组成的方形人工自旋冰结构，这一结构形成了独特的超导磁通钉扎势场，从而成功实现了罕见的磁非互易超导效应。该磁非互易效应使得器件在特定的磁场方向下显示出零电阻，类似于“磁场驱动的超导二极管”。这一突破为超导电子学领域带来了具有新功能的电子器件，拓宽了其应用前景。

研究意义和重要性

这项研究揭示了局部非对称磁势场在开发新奇超导性质方面的关键作用，为超导电子学领域开辟了新的方向。研究方法还可以应用到其他类型的人工自旋冰结构中，例如笼目型和风车型，以探索具有独特超导性质的新异质结构超导器件。这标志着超导电子学领域的一个重要突破，展示了利用人工自旋冰创造高度可调的超导物性和电子器件的巨大潜力。

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