DOI: https://doi.org/10.1103/ds5z-fxy5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41931791
تاريخ النشر: 2026-02-19
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الموصلات الفائقة القائمة على الحديد
نظرة عامة
في هذا البحث، يستكشف المؤلفون انتشار أزواج كوبر ثلاثية الدوران المتساوية في تقاطعات الفيرومغناطيس/الموصلات الفائقة من نوع s، مع التركيز على أهمية المغنطة الصافية. يقدمون نهجًا جديدًا حيث تنشأ تيارات جوزيفسون الفائقة من اقترانات ثلاثية الدوران في أنظمة تتميز بعدم وجود مغنطة صافية، مع التركيز بشكل خاص على الألترمغناطيسيات المتوازية، وخاصة فئة فرعية تعرف بالألترمغناطيسيات بدون عقد. تتميز هذه المواد بأسطح فيرمي مقسمة حسب الدوران تتجنب التقاطع مع خطوط العقد الألترمغناطيسية، مما يمكّن من تحقيق استقطاب وادي الدوران الأقصى وظهور حالات إلكترونية مستقطبة بالكامل.
تشير النتائج إلى أن تقاطعات جوزيفسون المكونة من الألترمغناطيسيات بدون عقد يمكن أن تحافظ على تيارات فائقة مدفوعة فقط بواسطة اقترانات ثلاثية الدوران المستقطبة، مع مساهمات من أزواج كوبر المستقطبة لأعلى في وادٍ واحد وأزواج كوبر المستقطبة لأسفل في الوادي الآخر. كما يبرز البحث إمكانية حدوث انتقال قوي 0-π من خلال التلاعب بكسر تناظر الانعكاس المحلي عند واجهات التقاطع، إلى جانب القدرة على تحقيق انتقال بين حالات ثلاثية نقية وحالات مختلطة من الأحادية والثلاثية من خلال ضبط اتجاه التقاطع. يضع هذا العمل الألترمغناطيسيات بدون عقد كمنصة واعدة لتطوير الموصلات الفائقة الألترمغناطيسية التي تسهل تيارات فائقة مستقطبة بدون مغنطة.
نقاش
في هذا القسم، يستكشف المؤلفون استقطاب وادي الدوران (SVL) في الألترمغناطيسيات (AMs) وآثاره على تقاطعات الموصلات الفائقة (SC). يعرفون استقطاب وادي الدوران $\Delta P$ كمنتج لاستقطابات الدوران في واديين غير متكافئين، $X$ و $Y$. على عكس المعادن العادية، حيث $\Delta P = 0$، تظهر الألترمغناطيسيات $\Delta P$ سلبية بسبب تكويناتها الدورانية الفريدة، حيث تحقق قيمة قصوى قدرها $-1$ عندما تكون كلا الواديين مستقطبين بالكامل. تسهل هذه الحالة اقتران ثلاثي الدوران مستقطب بالكامل في الألترمغناطيسية، والتي يتم تحليلها من خلال هاملتونيان الألترمغناطيسية من النوع d-minimal. يوضح المؤلفون أن الهيكل الناتج يدعم جيوب فيرمي مستقطبة بالكامل، مما يؤدي إلى آثار كبيرة على سلوك تقاطعات جوزيفسون SC/AM/SC.
تستكشف الدراسة أيضًا دور استقطاب وادي الدوران الأقصى في توليد تيارات جوزيفسون ثلاثية الدوران المستقطبة. يقوم المؤلفون بنمذجة تقاطع مستوٍ بين موصلين فائقين من نوع s مفصولين بألترمغناطيسية بدون عقد، كاشفين أن الأودية في الألترمغناطيسية تتصرف مثل نصف معادن مفصولة، مما يسمح بنقل تيارات مستقطبة. يستنتجون تعبيرات للتيار الفائق والتيار الحرج، مع تسليط الضوء على كيفية أن التفاعل بين الدوران عند الواجهة يمكن أن يحفز انتقالًا من اقتران أحادي إلى اقتران ثلاثي، مما يمكّن من انتقالات 0-π قابلة للتعديل في تيار جوزيفسون. تشير النتائج إلى أن الألترمغناطيسيات بدون عقد مع SVL أقصى توفر منصة قوية للإلكترونيات الفائقة المستقطبة بدون مغنطة، مع آثار عملية على تحقيقات تجريبية مستقبلية باستخدام مواد مثل KV$_2$Se$_2$O و Rb$_{1-\delta}$V$_2$Te$_2$O.
DOI: https://doi.org/10.1103/ds5z-fxy5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41931791
Publication Date: 2026-02-19
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Iron-based superconductors research
Overview
In this research, the authors explore the long-range propagation of equal-spin triplet Cooper pairs in ferromagnet/s-wave superconductor junctions, emphasizing the significance of net magnetization. They introduce a novel approach where Josephson supercurrents arise from spin-triplet pairings in systems characterized by zero net magnetization, specifically focusing on collinear altermagnets, particularly a subclass known as nodeless altermagnets. These materials exhibit spin-split Fermi surfaces that avoid intersection with altermagnetic nodal lines, enabling maximal spin-valley polarization and the emergence of fully spin-polarized electronic states.
The findings indicate that Josephson junctions constructed from nodeless altermagnets can sustain supercurrents driven solely by spin-polarized triplet pairing correlations, with contributions from spin-up Cooper pairs in one valley and spin-down Cooper pairs in the other. The study also highlights the potential for a robust 0-π transition through manipulation of local inversion-symmetry breaking at the junction interfaces, alongside the ability to achieve a crossover between pure triplet and mixed singlet-triplet states by adjusting the junction orientation. This work positions nodeless altermagnets as a promising platform for developing altermagnetic superconductors that facilitate magnetization-free spin-polarized supercurrents.
Discussion
In this section, the authors investigate spin-valley polarization (SVL) in altermagnets (AMs) and its implications for superconducting (SC) junctions. They define the spin-valley polarization $\Delta P$ as the product of spin polarizations at two inequivalent valleys, $X$ and $Y$. In contrast to normal metals, where $\Delta P = 0$, AMs exhibit a negative $\Delta P$ due to their unique spin configurations, achieving a maximal value of $-1$ when both valleys are fully spin-polarized. This condition facilitates purely spin-polarized triplet pairing in the bulk AM, which is analyzed through a minimal d-wave AM Hamiltonian. The authors demonstrate that the resulting band structure supports fully spin-polarized Fermi pockets, leading to significant implications for the behavior of SC/AM/SC Josephson junctions.
The study further explores the role of maximal spin-valley polarization in generating spin-polarized triplet Josephson currents. The authors model a planar junction between two s-wave superconductors separated by a nodeless AM, revealing that the valleys in the AM behave like decoupled half-metals, allowing for the transport of spin-polarized currents. They derive expressions for the supercurrent and critical current, highlighting how interfacial spin-orbit coupling can induce a transition from singlet to triplet pairing, thereby enabling tunable 0-π transitions in the Josephson current. The findings suggest that nodeless AMs with maximal SVL provide a robust platform for magnetization-free superconducting spintronics, with practical implications for future experimental realizations using materials like KV$_2$Se$_2$O and Rb$_{1-\delta}$V$_2$Te$_2$O.