自旋動(dòng)力學(xué)在超導(dǎo)薄膜中的表征

17/24自旋動(dòng)力學(xué)在超導(dǎo)薄膜中的表征第一部分自旋-軌道耦合對(duì)超導(dǎo)薄膜的臨界溫度影響 2第二部分動(dòng)態(tài)核極化對(duì)自旋矢量的增強(qiáng) 4第三部分自旋泵浦效應(yīng)在薄膜超導(dǎo)體中的應(yīng)用 6第四部分自旋閥效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)臨界電流密度的影響 8第五部分自旋-自旋相互作用對(duì)薄膜超導(dǎo)體的熱導(dǎo)率影響 10第六部分自旋-電學(xué)耦合在超導(dǎo)薄膜中的表征 12第七部分光激發(fā)自旋極化對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響 14第八部分自旋注入對(duì)超導(dǎo)薄膜傳輸特性的調(diào)控 17

第一部分自旋-軌道耦合對(duì)超導(dǎo)薄膜的臨界溫度影響自旋-軌道偶合作超導(dǎo)薄膜臨界溫度影響

引言

自旋-軌道偶合(SOC)是指電子自旋和運(yùn)動(dòng)軌跡之間的相互作用，在超導(dǎo)薄膜中扮演著至關(guān)重要的角色。SOC可以增強(qiáng)或抑制超導(dǎo)性，從而影響超導(dǎo)薄膜的臨界溫度（Tc）。

理論基礎(chǔ)

SOC可通過時(shí)間反演對(duì)稱破缺產(chǎn)生，由以下哈密頓量描述：

```

H_SOC=α(Δk×▽V(r))·S

```

其中：

*α是自旋-軌道偶合常數(shù)

*Δk是電子波矢變化

*▽V(r)是晶格勢(shì)變化

*S是自旋算符

對(duì)超導(dǎo)性的影響

SOC對(duì)超導(dǎo)性的影響取決于其強(qiáng)度和符號(hào)。強(qiáng)SOC可以破壞庫柏對(duì)稱，抑制超導(dǎo)性。弱SOC則可以增強(qiáng)超導(dǎo)性，提高Tc。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了SOC對(duì)超導(dǎo)薄膜臨界溫度的影響。

*正SOC：在具有較強(qiáng)正SOC的超導(dǎo)薄膜，如Bi?Te?Se和NbTiN中，觀察到Tc的顯著提高。

*負(fù)SOC：在具有較強(qiáng)負(fù)SOC的超導(dǎo)薄膜，如InGaAs和LaAlO3/SrTiO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，觀察到Tc的顯著降低。

案例研究

Bi?Te?Se薄膜：

Bi?Te?Se薄膜具有較強(qiáng)的正SOC。通過改變薄膜厚度和外加磁場，可以調(diào)控SOC的強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SOC較強(qiáng)時(shí)，Tc最高可達(dá)15K，遠(yuǎn)高于Bi?Te?Se塊體的Tc（~3K）。

NbTiN薄膜：

NbTiN薄膜也具有較強(qiáng)的正SOC。通過在薄膜中引入氧雜質(zhì)，可以增強(qiáng)SOC。研究發(fā)現(xiàn)，氧雜質(zhì)濃度越高，SOC越強(qiáng)，Tc也越高。

InGaAs薄膜：

InGaAs薄膜具有較強(qiáng)的負(fù)SOC。通過改變薄膜的厚度和組成，可以調(diào)控SOC的強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SOC較強(qiáng)時(shí)，Tc最低可降至2K，遠(yuǎn)低于InGaAs塊體的Tc（~6K）。

LaAlO3/SrTiO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)：

LaAlO3/SrTiO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)在界面處具有較強(qiáng)的負(fù)SOC。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SOC較強(qiáng)時(shí)，Tc可以降至0.15K，接近超導(dǎo)性的理論極限。

應(yīng)用潛力

SOC對(duì)超導(dǎo)薄膜Tc的影響在以下應(yīng)用中具有潛力：

*超導(dǎo)量子計(jì)算：通過調(diào)控SOC，可以增強(qiáng)超導(dǎo)薄膜的相干長度和退相干時(shí)間，從而提高量子比特的性能。

*自旋電子學(xué)：SOC可以控制電子自旋，使其成為自旋電子學(xué)器件中的理想材料。

*拓?fù)涑瑢?dǎo)體：強(qiáng)SOC可以誘導(dǎo)拓?fù)涑瑢?dǎo)性，產(chǎn)生具有獨(dú)特性質(zhì)的準(zhǔn)粒子。

總結(jié)

自旋-軌道偶合在超導(dǎo)薄膜中扮演著至關(guān)重要的角色，可以增強(qiáng)或抑制超導(dǎo)性。通過調(diào)控SOC的強(qiáng)度和符號(hào)，可以對(duì)超導(dǎo)薄膜的臨界溫度進(jìn)行有效調(diào)控。對(duì)于超導(dǎo)量子計(jì)算、自旋電子學(xué)和拓?fù)涑瑢?dǎo)體等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。第二部分動(dòng)態(tài)核極化對(duì)自旋矢量的增強(qiáng)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【動(dòng)態(tài)核極化增強(qiáng)自旋矢量】

1.動(dòng)態(tài)核極化(DNP)是一種通過施加微波輻射和磁場來極化原子核的方法。

2.DNP產(chǎn)生的極化核可以將其自旋傳遞給電子自旋，從而增強(qiáng)自旋矢量的幅度。

3.DNP增強(qiáng)自旋矢量的技術(shù)在超導(dǎo)薄膜研究中具有廣泛應(yīng)用，例如研究薄膜的磁性性質(zhì)和自旋動(dòng)力學(xué)。

【超導(dǎo)薄膜中的DNP】

動(dòng)態(tài)核極化對(duì)自旋矢量的增強(qiáng)

動(dòng)態(tài)核極化(DNP)是一種增強(qiáng)超導(dǎo)薄膜中自旋矢量的有效技術(shù)，它利用電子自旋與原子核自旋之間的相互作用。

原理

DNP的原理是基于電子和原子核自旋的塞曼分裂。當(dāng)施加一個(gè)射頻場，其頻率與原子核自旋的塞曼分裂能級(jí)相匹配時(shí)，電子自旋會(huì)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)通過超精細(xì)相互作用傳遞能量給原子核自旋。如果電子自旋最初與原子核自旋平行，則原子核自旋會(huì)因能量傳遞而極化。

極化增強(qiáng)

DNP的主要作用是增強(qiáng)自旋矢量的幅度。極化增強(qiáng)因子(η)定義為極化自旋密度與熱平衡自旋密度的比值。η的值大于1表明自旋矢量得到了增強(qiáng)。

在超導(dǎo)薄膜中，DNP的極化增強(qiáng)主要由以下機(jī)制產(chǎn)生：

*塞曼-超精細(xì)交互作用：電子自旋和原子核自旋之間的直接相互作用。

*Overhauser效應(yīng)：電子自旋向原子核自旋傳遞能量，從而極化原子核自旋。

*熱擴(kuò)散：極化的原子核自旋與未極化的原子核自旋之間的弛豫，導(dǎo)致極化自旋密度擴(kuò)散到未極化的區(qū)域。

實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

DNP對(duì)自旋矢量的增強(qiáng)可以通過多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)觀測(cè)到，包括：

*電子順磁共振(ESR)：ESR信號(hào)的強(qiáng)度與自旋矢量的幅度成正比。DNP增強(qiáng)可通過ESR信號(hào)強(qiáng)度的增加來檢測(cè)到。

*核磁共振(NMR)：NMR信號(hào)的幅度也與自旋矢量的幅度成正比。DNP增強(qiáng)可通過NMR信號(hào)強(qiáng)度的增加來檢測(cè)到。

*自旋泵浦：當(dāng)自旋矢量被極化時(shí)，自旋泵浦過程的效率會(huì)增加。DNP增強(qiáng)可通過自旋泵浦效率的增加來檢測(cè)到。

應(yīng)用

DNP增強(qiáng)自旋矢量在超導(dǎo)薄膜研究中具有廣泛的應(yīng)用，包括：

*超導(dǎo)體特性研究：通過增強(qiáng)自旋矢量，可以研究超導(dǎo)薄膜的相圖、配對(duì)對(duì)稱性和其他量子相變。

*量子計(jì)算：DNP增強(qiáng)自旋矢量可用于初始化和操縱量子比特，從而增強(qiáng)量子計(jì)算的性能。

*磁共振成像(MRI)：DNP極化增強(qiáng)劑可用于增強(qiáng)MRI信號(hào)，從而提高成像的靈敏度和分辨率。

結(jié)論

動(dòng)態(tài)核極化(DNP)是增強(qiáng)超導(dǎo)薄膜中自旋矢量的有效技術(shù)。它利用電子自旋與原子核自旋之間的相互作用，通過極化增強(qiáng)因子(η)來增強(qiáng)自旋矢量的幅度。DNP已廣泛用于超導(dǎo)體特性研究、量子計(jì)算和磁共振成像等領(lǐng)域。第三部分自旋泵浦效應(yīng)在薄膜超導(dǎo)體中的應(yīng)用自旋泵浦效應(yīng)在薄膜超導(dǎo)體中的應(yīng)用

自旋泵浦效應(yīng)是一種利用外加電場或熱梯度來操縱電子的自旋方向的現(xiàn)象。在薄膜超導(dǎo)體中，自旋泵浦效應(yīng)有著廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)自旋流的非平衡傳輸，并操縱超導(dǎo)態(tài)的性質(zhì)。

自旋流的產(chǎn)生

在薄膜超導(dǎo)體中，可以通過多種方法產(chǎn)生自旋流。最常用的方法之一是施加電場，這會(huì)導(dǎo)致電子在費(fèi)米面的不平衡分布。這種不平衡分布產(chǎn)生一個(gè)自旋電流，其方向由外加電場的極性決定。另一種產(chǎn)生自旋流的方法是施加熱梯度，這會(huì)導(dǎo)致費(fèi)米面上的自旋分布發(fā)生不平衡。

自旋流的輸運(yùn)

自旋流可以在薄膜超導(dǎo)體中長距離傳輸。自旋流的輸運(yùn)機(jī)制取決于薄膜的材料和結(jié)構(gòu)。在正常金屬中，自spin-orbit耦合是自旋流輸運(yùn)的主要機(jī)制。在超導(dǎo)體中，自旋流可以通過Cooper對(duì)的輸運(yùn)來輸運(yùn)。

對(duì)超導(dǎo)態(tài)的影響

自旋流可以對(duì)薄膜超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)產(chǎn)生重大影響。例如，自旋流可以改變臨界溫度、臨界磁場和能隙結(jié)構(gòu)。此外，自旋流還可以產(chǎn)生奇異的超導(dǎo)態(tài)，例如自旋三重態(tài)超導(dǎo)體和拓?fù)涑瑢?dǎo)體。

應(yīng)用

自旋泵浦效應(yīng)在薄膜超導(dǎo)體中的應(yīng)用包括：

*自旋流探測(cè)：自旋流可以用自旋閥或巨磁阻效應(yīng)來探測(cè)。這些器件可以用來表征自旋流的強(qiáng)度和方向。

*自旋操控：自旋流可以用作操縱超導(dǎo)態(tài)的工具。例如，自旋流可以用來調(diào)諧超導(dǎo)體的臨界溫度或創(chuàng)建奇異的超導(dǎo)態(tài)。

*自旋電子學(xué)：自旋流可以在薄膜超導(dǎo)體中用于實(shí)現(xiàn)自旋電子學(xué)器件。這些器件利用電子自旋來進(jìn)行信息處理和存儲(chǔ)。

*量子計(jì)算：自旋流可以用作生成和操縱量子糾纏態(tài)的工具。這些糾纏態(tài)對(duì)于量子計(jì)算至關(guān)重要。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

近年來，自旋泵浦效應(yīng)在薄膜超導(dǎo)體中的應(yīng)用取得了重大進(jìn)展。例如，研究人員已經(jīng)證明了自旋流可以改變薄膜超導(dǎo)體的臨界溫度和臨界磁場。此外，研究人員已經(jīng)創(chuàng)建了自旋三重態(tài)和拓?fù)涑瑢?dǎo)體等奇異超導(dǎo)態(tài)。

結(jié)論

自旋泵浦效應(yīng)是一種有前途的技術(shù)，可用于操縱薄膜超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)。這一效應(yīng)有著廣泛的應(yīng)用，包括自旋流探測(cè)、自旋操控、自旋電子學(xué)和量子計(jì)算。隨著該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，預(yù)計(jì)自旋泵浦效應(yīng)在薄膜超導(dǎo)體中將會(huì)有更多令人興奮的應(yīng)用。第四部分自旋閥效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)臨界電流密度的影響自旋閥效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)臨界電流密度的影響

自旋閥效應(yīng)是一種自旋極化電流通過具有不同磁矩的兩個(gè)鐵磁層時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。在超導(dǎo)薄膜中，自旋閥效應(yīng)會(huì)影響超導(dǎo)臨界電流密度（Jc）。

自旋閥效應(yīng)的機(jī)理

當(dāng)自旋極化電流通過兩個(gè)鐵磁層時(shí)，兩個(gè)鐵磁層之間的磁化強(qiáng)度相互作用，導(dǎo)致自旋極化電流的阻抗發(fā)生變化。這種阻抗變化稱為自旋閥效應(yīng)。自旋閥效應(yīng)的大小取決于兩個(gè)鐵磁層的磁矩方向以及電流的極化度。

對(duì)臨界電流密度的影響

在超導(dǎo)薄膜中，自旋閥效應(yīng)會(huì)影響超導(dǎo)臨界電流密度（Jc）。當(dāng)自旋極化電流與超導(dǎo)膜的流動(dòng)方向相反時(shí)，自旋閥效應(yīng)會(huì)增加Jc；當(dāng)自旋極化電流與超導(dǎo)膜的流動(dòng)方向相同時(shí)，自旋閥效應(yīng)會(huì)降低Jc。

這種影響的原因是自旋極化電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自旋極化場，該場與超導(dǎo)膜中的自旋配對(duì)場相互作用。當(dāng)自旋極化場與自旋配對(duì)場方向相反時(shí)，它會(huì)破壞自旋配對(duì)，導(dǎo)致超導(dǎo)性下降和Jc增加；當(dāng)自旋極化場與自旋配對(duì)場方向相同時(shí)，它會(huì)加強(qiáng)自旋配對(duì)，導(dǎo)致超導(dǎo)性增強(qiáng)和Jc下降。

實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

自旋閥效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)臨界電流密度的影響已在各種超導(dǎo)薄膜中得到實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。例如，在Nb/Fe/NbN三明治薄膜中，當(dāng)自旋極化電流與超導(dǎo)膜的流動(dòng)方向相反時(shí)，Jc增加了約20%。

理論模型

自旋閥效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)臨界電流密度的影響可以用理論模型來解釋。最常用的模型是Gladstone模型，該模型將自旋極化場視為一個(gè)有效磁場，與超導(dǎo)膜中的自旋配對(duì)場相互作用。

Gladstone模型預(yù)測(cè)，自旋閥效應(yīng)對(duì)Jc的影響與自旋極化場的強(qiáng)度和方向成正比。此外，該模型還預(yù)測(cè)，自旋閥效應(yīng)對(duì)Jc的影響與超導(dǎo)膜的厚度和自旋擴(kuò)散長度成反比。

應(yīng)用

自旋閥效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)臨界電流密度的影響在自旋電子學(xué)和超導(dǎo)電子學(xué)中具有潛在應(yīng)用。例如，自旋閥效應(yīng)可用于控制超導(dǎo)薄膜中電流的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)新的自旋電子器件。此外，自旋閥效應(yīng)還可用于提高超導(dǎo)器件的性能，例如超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。

結(jié)論

自旋閥效應(yīng)會(huì)影響超導(dǎo)薄膜中的超導(dǎo)臨界電流密度（Jc）。這種影響是由自旋極化電流產(chǎn)生的自旋極化場與超導(dǎo)膜中的自旋配對(duì)場相互作用引起的。自旋閥效應(yīng)在自旋電子學(xué)和超導(dǎo)電子學(xué)中具有潛在應(yīng)用，可用于控制電流的流動(dòng)和提高器件的性能。第五部分自旋-自旋相互作用對(duì)薄膜超導(dǎo)體的熱導(dǎo)率影響自旋-自旋相互作用對(duì)薄膜超導(dǎo)體的熱導(dǎo)率影響

自旋動(dòng)力學(xué)是對(duì)材料中自旋度自由度運(yùn)動(dòng)的研究，它在超導(dǎo)薄膜中扮演著至關(guān)重要的角色。自旋-自旋相互作用，特別是自旋翻轉(zhuǎn)散射，對(duì)超導(dǎo)薄膜的熱導(dǎo)率具有顯著影響。

自旋翻轉(zhuǎn)散射

自旋翻轉(zhuǎn)散射是自旋載荷載流子與其他載流子（如電子或聲子）相互作用導(dǎo)致自旋方向發(fā)生改變的過程。在超導(dǎo)薄膜中，自旋翻轉(zhuǎn)散射通常是由磁雜質(zhì)或其他自旋散射中心引起的。

熱導(dǎo)率的影響

自旋翻轉(zhuǎn)散射對(duì)超導(dǎo)薄膜熱導(dǎo)率的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

*電子熱導(dǎo)率：自旋翻轉(zhuǎn)散射會(huì)破壞超導(dǎo)體中成對(duì)電子自旋單態(tài)的相干性，從而降低電子熱導(dǎo)率。

*聲子熱導(dǎo)率：自旋翻轉(zhuǎn)散射也會(huì)通過聲子-電子耦合機(jī)制影響聲子熱導(dǎo)率。由于自旋翻轉(zhuǎn)散射會(huì)改變電子的自旋態(tài)，進(jìn)而改變電子對(duì)聲子的散射速率，從而影響聲子熱導(dǎo)率。

自旋翻轉(zhuǎn)散射率

自旋翻轉(zhuǎn)散射對(duì)熱導(dǎo)率的影響可以通過自旋翻轉(zhuǎn)散射率（τsf）來表征。τsf表示自旋載荷載流子經(jīng)歷一次自旋翻轉(zhuǎn)散射所需的平均時(shí)間。τsf越小，自旋翻轉(zhuǎn)散射越強(qiáng)，對(duì)熱導(dǎo)率的抑制作用也越大。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量

自旋翻轉(zhuǎn)散射率可以通過各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)量，例如：

*自旋泵浦探測(cè)：該技術(shù)利用光學(xué)泵浦或電注入將自旋載荷注入超導(dǎo)薄膜，然后測(cè)量自旋弛豫時(shí)間。

*弱場磁阻測(cè)量：該技術(shù)測(cè)量超導(dǎo)薄膜在低溫下低磁場下的磁阻，其中磁阻的變化與自旋翻轉(zhuǎn)散射率有關(guān)。

*聲自旋共振：該技術(shù)利用聲波與自旋系統(tǒng)的耦合，測(cè)量自旋翻轉(zhuǎn)散射率對(duì)聲波傳播的影響。

案例研究

鐵磁雜質(zhì)對(duì)鋁超導(dǎo)薄膜的影響：研究表明，在鋁超導(dǎo)薄膜中引入鐵磁雜質(zhì)（例如鎳或鈷）會(huì)顯著增加自旋翻轉(zhuǎn)散射率，從而降低薄膜的熱導(dǎo)率。

臨界磁場對(duì)鈮薄膜的影響：在鈮薄膜中，當(dāng)外加磁場低于臨界磁場時(shí)，自旋翻轉(zhuǎn)散射被抑制，導(dǎo)致電子熱導(dǎo)率增加。然而，當(dāng)外加磁場超過臨界磁場時(shí)，自旋翻轉(zhuǎn)散射增強(qiáng)，電子熱導(dǎo)率降低。

結(jié)論

自旋-自旋相互作用，特別是自旋翻轉(zhuǎn)散射，對(duì)薄膜超導(dǎo)體的熱導(dǎo)率具有重要的影響。通過了解和控制自旋翻轉(zhuǎn)散射率，可以優(yōu)化薄膜超導(dǎo)體的熱輸運(yùn)特性，使其在熱電、熱管理和其他應(yīng)用中發(fā)揮更大的潛力。第六部分自旋-電學(xué)耦合在超導(dǎo)薄膜中的表征關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【自旋注入效率】,

1.自旋注入效率是表征自旋-電學(xué)耦合強(qiáng)度的重要參數(shù)，反映自旋電流從鐵磁層注入超導(dǎo)薄膜的效率。

2.自旋注入效率受鐵磁層與超導(dǎo)薄膜界面性質(zhì)、鐵磁層厚度、自旋極化率等因素影響。

3.提高自旋注入效率是實(shí)現(xiàn)自旋電子器件高性能的關(guān)鍵，需要探索新的界面工程手段和鐵磁材料。

【自旋弛豫長度】,自旋-電學(xué)耦合在超導(dǎo)薄膜中的表征

簡介

自旋-電學(xué)耦合是指自旋極化載流子與電場或磁場之間的相互作用。在超導(dǎo)薄膜中，自旋-電學(xué)耦合對(duì)于實(shí)現(xiàn)低功耗自旋電子器件具有重要意義。該效應(yīng)可以通過多種技術(shù)表征，包括：

自旋閥效應(yīng)

自旋閥效應(yīng)是指在自旋注入器和自旋探測(cè)器之間放置一層超導(dǎo)體時(shí)，超導(dǎo)體的臨界電流隨注入和探測(cè)磁化取向的相對(duì)方向而變化。這種變化歸因于自旋極化載流子在超導(dǎo)體中傳輸時(shí)的自旋散射。

自旋霍爾效應(yīng)

自旋霍爾效應(yīng)是指在自旋極化載流子通過導(dǎo)體時(shí)，垂直于電流方向和自旋方向產(chǎn)生電勢(shì)。在超導(dǎo)薄膜中，自旋霍爾效應(yīng)可能是由于非平衡自旋積累或自旋-軌道耦合引起的。

自旋泵效應(yīng)

自旋泵效應(yīng)是指在施加交變磁場的情況下，超導(dǎo)薄膜中產(chǎn)生自旋極化電流。該電流的產(chǎn)生機(jī)制是自旋預(yù)期的自旋-軌道耦合。

自旋注入和檢測(cè)

自旋注入和檢測(cè)通過利用自旋極化鐵磁體和超導(dǎo)薄膜之間的自旋傳輸來表征自旋-電學(xué)耦合。鐵磁體注入自旋極化的載流子到超導(dǎo)體中，超導(dǎo)體隨后檢測(cè)自旋極化。

實(shí)驗(yàn)方法

自旋-電學(xué)耦合在超導(dǎo)薄膜中的表征涉及各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。這些技術(shù)包括：

穆斯堡爾譜學(xué)：穆斯堡爾譜學(xué)是一種核共振技術(shù)，可用于測(cè)量自旋極化鐵磁體和超導(dǎo)薄膜界面處的自旋方向。

非彈性散射光譜：非彈性散射光譜是一種光譜技術(shù)，可用于探測(cè)自旋激發(fā)，從而測(cè)量自旋極化載流子的自旋分布。

磁力測(cè)量：磁力測(cè)量可用于測(cè)量自旋閥效應(yīng)和自旋泵效應(yīng)中的磁化變化。

電輸運(yùn)測(cè)量：電輸運(yùn)測(cè)量可用于測(cè)量自旋霍爾效應(yīng)中產(chǎn)生的橫向電壓。

自旋注入和檢測(cè)測(cè)量：自旋注入和檢測(cè)測(cè)量包括測(cè)量鐵磁體-超導(dǎo)體-鐵磁體的隧道磁電阻和非局部自旋閥信號(hào)。

應(yīng)用

自旋-電學(xué)耦合在超導(dǎo)薄膜中的表征對(duì)于以下應(yīng)用具有重要意義：

*自旋電子器件的開發(fā)，例如自旋注入器和自旋探測(cè)器

*超導(dǎo)量子比特的操控和退相干機(jī)制的研究

*磁存儲(chǔ)和自旋邏輯器件的發(fā)展

結(jié)論

自旋-電學(xué)耦合在超導(dǎo)薄膜中的表征對(duì)于理解和操縱自旋極化載流子與電場或磁場之間的相互作用至關(guān)重要。各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)已被用于表征這種耦合，并促進(jìn)了自旋電子學(xué)和超導(dǎo)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。對(duì)自旋-電學(xué)耦合的持續(xù)研究有望推動(dòng)新型自旋電子器件的開發(fā)和基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)。第七部分光激發(fā)自旋極化對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)光激發(fā)自旋極化對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響

1.光激發(fā)自旋極化可以通過自旋軌道耦合影響Cooper對(duì)的配對(duì)性質(zhì)，從而改變超導(dǎo)臨界場。

2.通過控制光激射偏振，可以定向操縱超導(dǎo)體的自旋極化，實(shí)現(xiàn)對(duì)超導(dǎo)臨界場的可逆調(diào)控。

3.光激發(fā)自旋極化調(diào)控超導(dǎo)臨界場為設(shè)計(jì)新型超導(dǎo)電子器件提供了新的途徑。

自旋電流驅(qū)動(dòng)超導(dǎo)薄膜的自旋動(dòng)力學(xué)

1.自旋電流能夠有效驅(qū)動(dòng)超導(dǎo)薄膜的自旋預(yù)cession，從而產(chǎn)生自旋累積和自旋霍爾效應(yīng)。

2.自旋電流誘導(dǎo)的自旋動(dòng)力學(xué)可以通過自旋波譜等手段進(jìn)行表征，揭示超導(dǎo)體的基本自旋性質(zhì)。

3.自旋電流驅(qū)動(dòng)超導(dǎo)薄膜的自旋動(dòng)力學(xué)為實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)自旋電子器件提供了基礎(chǔ)。

自旋波譜表征超導(dǎo)薄膜中的自旋弛豫

1.自旋波譜技術(shù)可以測(cè)量超導(dǎo)薄膜的的自旋弛豫時(shí)間，反映自旋漲落的特性。

2.通過分析自旋波譜的線形和非線性響應(yīng)，可以獲得超導(dǎo)體中自旋-聲子耦合、自旋-磁性耦合等信息。

3.自旋波譜表征超導(dǎo)薄膜中的自旋弛豫為研究超導(dǎo)體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)提供了重要手段。

電磁誘導(dǎo)自旋共鳴表征超導(dǎo)薄膜的磁性

1.電磁誘導(dǎo)自旋共鳴是一種非接觸式測(cè)量方法，能夠探測(cè)超導(dǎo)薄膜的磁性，包括鐵磁性、反鐵磁性和順磁性。

2.通過調(diào)諧電磁場頻率和振幅，可以選擇性地激發(fā)不同的磁性共振模式，獲得超導(dǎo)體的磁疇信息。

3.電磁誘導(dǎo)自旋共鳴表征超導(dǎo)薄膜的磁性為理解超導(dǎo)體中的磁性相互作用提供了新的視角。

鐵磁/超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自旋輸運(yùn)

1.鐵磁/超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在自旋-超流耦合，可以實(shí)現(xiàn)鐵磁體對(duì)超導(dǎo)體的自旋輸運(yùn)。

2.自旋輸運(yùn)可以通過自旋注入、自旋極化和自旋積累等機(jī)制進(jìn)行表征，揭示鐵磁體和超導(dǎo)體的相互作用。

3.鐵磁/超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自旋輸運(yùn)為開發(fā)新型自旋電子器件提供了機(jī)遇。

超導(dǎo)薄膜中的自旋操縱和存儲(chǔ)

1.超導(dǎo)體具有超低電阻和相干性等優(yōu)點(diǎn)，為自旋操縱和存儲(chǔ)提供了理想的平臺(tái)。

2.可以利用微波共振、光激發(fā)和電磁場脈沖等方法實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)薄膜中自旋的初始化、操控和讀取。

3.超導(dǎo)薄膜中的自旋操縱和存儲(chǔ)技術(shù)有望應(yīng)用于量子計(jì)算、自旋存儲(chǔ)器和傳感等領(lǐng)域。光激發(fā)自旋極化對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響

自旋-軌道相互作用通過提供對(duì)電子自旋的控制而為操縱超導(dǎo)體提供了新的機(jī)會(huì)。光激發(fā)自旋極化是實(shí)現(xiàn)這種控制的一種有力工具。在這種方法中，圓偏振光被用來選擇性地激發(fā)材料中的一種自旋方向，從而產(chǎn)生非平衡的自旋積累。這種自旋積累可以影響材料的電子性質(zhì)，包括其超導(dǎo)臨界場（Hc）。

理論背景

自旋-軌道相互作用是一種磁的基本性質(zhì)。其能夠連接電子的自旋和動(dòng)量，導(dǎo)致電子自旋與運(yùn)動(dòng)方向之間的耦合。在材料中，自旋-軌道相互作用可以引起自旋劈裂和德哈斯-范阿爾芬效應(yīng)等現(xiàn)象。

光激發(fā)自旋極化利用自旋-軌道相互作用來影響電子的自旋狀態(tài)。當(dāng)圓偏振光照射在材料上時(shí)，與光偏振方向相同自旋方向的電子會(huì)被優(yōu)先激發(fā)。這會(huì)導(dǎo)致材料中一種自旋方向的非平衡積累，即自旋極化。

對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響

自旋極化可以顯著影響材料的超導(dǎo)臨界場。對(duì)于鐵磁超導(dǎo)體，自旋極化可以增強(qiáng)或減弱超導(dǎo)態(tài)，具體取決于自旋極化方向和材料的磁化方向之間的關(guān)系。

在非鐵磁超導(dǎo)體中，自旋極化也可以通過影響配對(duì)電子的自旋態(tài)來影響超導(dǎo)臨界場。當(dāng)自旋極化與配對(duì)電子的自旋相反時(shí)，它可以抑制超導(dǎo)性并降低臨界場。相反，當(dāng)自旋極化與配對(duì)電子的自旋相同時(shí)，它可以增強(qiáng)超導(dǎo)性并提高臨界場。

實(shí)驗(yàn)觀察

光激發(fā)自旋極化對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響已經(jīng)在多種材料中得到了實(shí)驗(yàn)觀察。例如，在鐵磁超導(dǎo)體TbMo6S8中，光激發(fā)自旋極化導(dǎo)致臨界場增強(qiáng)，表明超導(dǎo)態(tài)增強(qiáng)。

在非鐵磁超導(dǎo)體Nb中，光激發(fā)自旋極化導(dǎo)致臨界場降低，表明超導(dǎo)性受到抑制。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致表明自旋極化可以顯著影響超導(dǎo)臨界場。

應(yīng)用潛力

光激發(fā)自旋極化對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響為操縱超導(dǎo)體開辟了新的可能性。通過控制光照射的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和可逆的超導(dǎo)臨界場調(diào)制。

這種調(diào)控能力具有廣泛的應(yīng)用潛力，例如：

*超導(dǎo)開關(guān)：光激發(fā)自旋極化可以用于創(chuàng)建超導(dǎo)開關(guān)，其中臨界場可以通過光脈沖進(jìn)行調(diào)控。這可用于實(shí)現(xiàn)高頻超導(dǎo)器件。

*量子計(jì)算：操縱超導(dǎo)臨界場可以用于創(chuàng)建具有可調(diào)節(jié)超導(dǎo)間隙的量子比特。這可以提高量子計(jì)算設(shè)備的性能。

*磁感應(yīng)成像：光激發(fā)自旋極化可以增強(qiáng)超導(dǎo)在磁場中的響應(yīng)。這可以提高磁感應(yīng)成像的靈敏度。

結(jié)論

光激發(fā)自旋極化提供了一種強(qiáng)大的方法來操縱超導(dǎo)體的超導(dǎo)臨界場。通過控制光照射的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和可逆的臨界場調(diào)制。這種調(diào)控能力具有廣泛的應(yīng)用潛力，包括超導(dǎo)開關(guān)、量子計(jì)算和磁感應(yīng)成像。不斷深入研究光激發(fā)自旋極化對(duì)超導(dǎo)臨界場的影響有望在未來進(jìn)一步拓展超導(dǎo)體的應(yīng)用范圍。第八部分自旋注入對(duì)超導(dǎo)薄膜傳輸特性的調(diào)控關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【主題суть】：自旋極化電流對(duì)超導(dǎo)臨界電流調(diào)控

1.自旋極化電流可以有效地打破超導(dǎo)薄膜中的成對(duì)態(tài)，增加準(zhǔn)費(fèi)米面電子的散射，降低臨界電流。

2.通過調(diào)節(jié)自旋極化電流的方向和大小，可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)臨界電流的雙向調(diào)控，為自旋電子器件的應(yīng)用提供了新的可能性。

3.自旋極化電流調(diào)控超導(dǎo)薄膜臨界電流的機(jī)理是自旋-軌道耦合作用，這種作用可以導(dǎo)致自旋翻轉(zhuǎn)散射和自旋共振隧穿散射。

【主題суть】：自旋扭矩對(duì)超導(dǎo)薄膜磁疇結(jié)構(gòu)調(diào)控

自旋注入對(duì)超導(dǎo)薄膜傳輸特性的調(diào)控

自旋注入是將自旋極化電子從非磁性材料注入到磁性材料的過程。在超導(dǎo)薄膜中，自旋注入可以顯著調(diào)控其傳輸特性，為自旋電子學(xué)器件的開發(fā)開拓了新途徑。

自旋注入的機(jī)制

自旋注入的機(jī)制涉及自旋-軌道相互作用和自旋-自旋相互作用。當(dāng)自旋極化的電子從非磁性材料注入到超導(dǎo)薄膜時(shí)，自旋-軌道相互作用將電子自旋與晶格角動(dòng)量相關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生一個(gè)“自旋軌道場”。該自旋軌道場反過來通過自旋-自旋相互作用與超導(dǎo)電子自旋相互作用，導(dǎo)致超導(dǎo)態(tài)密度和相干長度的變化。

自旋注入對(duì)傳輸特性的調(diào)控

臨界電流：自旋注入可以增強(qiáng)或減弱超導(dǎo)薄膜的臨界電流。當(dāng)自旋極化方向與超導(dǎo)電流方向平行時(shí)，臨界電流增強(qiáng)；當(dāng)方向反平行時(shí)，臨界電流減弱。這種調(diào)控是由于自旋注入改變了超導(dǎo)態(tài)密度，從而影響了Cooper對(duì)形成。

直流約瑟夫森效應(yīng)：自旋注入可以調(diào)節(jié)超導(dǎo)薄膜的直流約瑟夫森電流。自旋注入向超導(dǎo)薄膜注入的自旋電荷產(chǎn)生一個(gè)“自旋積累”，從而改變了薄膜兩側(cè)的電位差。這導(dǎo)致直流約瑟夫森電流的變化，可以用于自旋電子學(xué)器件的讀出和控制。

相位滑移：自旋注入還可以影響超導(dǎo)薄膜中的相位滑移。當(dāng)自旋注入方向與薄膜中的超導(dǎo)相位梯度平行時(shí)，相位滑移增強(qiáng)；當(dāng)方向反平行時(shí)，相位滑移減弱。這種調(diào)控是由于自旋軌道場對(duì)超導(dǎo)有序參數(shù)的影響。

自旋注入的器件應(yīng)用

自旋注入對(duì)超導(dǎo)薄膜傳輸特性的調(diào)控為自旋電子學(xué)器件的開發(fā)提供了新的可能性。一些潛在的應(yīng)用包括：

*自旋注入器：利用自旋注入調(diào)控臨界電流，可以實(shí)現(xiàn)自旋極化電流的產(chǎn)生和檢測(cè)。

*自旋量子位：通過調(diào)控超導(dǎo)薄膜的相干長度，可以創(chuàng)建自旋量子位，用于量子計(jì)算和量子信息處理。

*自旋邏輯門：利用自旋注入對(duì)直流約瑟夫森電流的影響，可以實(shí)現(xiàn)自旋邏輯操作。

*自旋電子存儲(chǔ)器：自旋注入可以通過改變超導(dǎo)薄膜的傳輸特性來存儲(chǔ)和操縱自旋信息。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

近年來，在自旋注入調(diào)控超導(dǎo)薄膜傳輸特性方面取得了重大進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)研究表明，自旋注入可以顯著改變臨界電流、直流約瑟夫森電流、相位滑移等傳輸特性。這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)基于自旋注入了超導(dǎo)器件鋪平了道路。

總結(jié)

自旋注入為調(diào)控超導(dǎo)薄膜的傳輸特性提供了一種有效的手段。通過改變超導(dǎo)態(tài)密度、相干長度和自旋積累，自旋注入可以增強(qiáng)或減弱臨界電流、直流約瑟夫森電流、相位滑移等特性。這為自旋電子學(xué)器件的開發(fā)開拓了新的可能性，有望在自旋注入器、自旋量子位、自旋邏輯門和自旋電子存儲(chǔ)器等應(yīng)用領(lǐng)域取得突破。關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱：自旋軌道耦合的起源和調(diào)控

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋軌道耦合是電子自旋角動(dòng)量和其動(dòng)量之間的相互作用，它在超導(dǎo)薄膜中起著至關(guān)重要的作用。

2.在超導(dǎo)薄膜中，自旋軌道耦合可以通過以下方法調(diào)控：材料的組成、薄膜的厚度和界面處的工程。

3.自旋軌道耦合的調(diào)控可以顯著影響超導(dǎo)薄膜的性質(zhì)，例如臨界溫度和自旋-超流體相位。

主題名稱：自旋軌道耦合對(duì)配對(duì)對(duì)稱性的影響

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋軌道耦合可以破壞超導(dǎo)薄膜的傳統(tǒng)配對(duì)對(duì)稱性，導(dǎo)致奇三線態(tài)或馬約拉納費(fèi)米子的出現(xiàn)。

2.奇三線態(tài)超導(dǎo)體表現(xiàn)出拓?fù)浔Ｗo(hù)的邊緣態(tài)，具有潛在的應(yīng)用于拓?fù)淞孔佑?jì)算。

3.馬約拉納費(fèi)米子は具有非阿貝爾統(tǒng)計(jì)特性的準(zhǔn)粒子，在拓?fù)淞孔佑?jì)算中具有巨大的應(yīng)用潛力。

主題名稱：弱自旋軌道耦合的影響

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.即使在弱自旋軌道耦合的情況下，它也可以對(duì)超導(dǎo)薄膜的性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。

2.弱自旋軌道耦合可以導(dǎo)致配對(duì)對(duì)稱性的混合、臨界溫度的抑制和自旋-三重態(tài)的形成。

3.弱自旋軌道耦合的調(diào)控可以為探索超導(dǎo)薄膜的新奇性質(zhì)和應(yīng)用提供機(jī)會(huì)。

主題名稱：強(qiáng)自旋軌道耦合的影響

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.強(qiáng)自旋軌道耦合可以導(dǎo)致超導(dǎo)薄膜發(fā)生根本性的相變，例如拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)。

2.拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)具有拓?fù)浔Ｗo(hù)的邊界態(tài)，可用于創(chuàng)建拓?fù)淞孔颖忍亍?/p>

3.強(qiáng)自旋軌道耦合的調(diào)控對(duì)于實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)和探索其在拓?fù)淞孔佑?jì)算中的應(yīng)用至關(guān)重要。

主題名稱：自旋軌道耦合與其他機(jī)制的相互作用

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋軌道耦合可以與其他機(jī)制相互作用，例如庫侖相互作用和無序性。

2.這些相互作用可以導(dǎo)致超導(dǎo)薄膜性質(zhì)的復(fù)雜變化，例如相變、臨界溫度的抑制和拓?fù)鋺B(tài)的出現(xiàn)。

3.了解自旋軌道耦合與其他機(jī)制之間的相互作用對(duì)于預(yù)測(cè)和調(diào)控超導(dǎo)薄膜的性質(zhì)至關(guān)重要。

主題名稱：自旋軌道耦合在超導(dǎo)薄膜器件中的應(yīng)用

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋軌道耦合在超導(dǎo)薄膜器件中具有潛在的應(yīng)用，例如拓?fù)淞孔佑?jì)算、自旋電子學(xué)和磁性傳感器。

2.拓?fù)淞孔佑?jì)算利用拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)的邊界態(tài)來創(chuàng)建受拓?fù)浔Ｗo(hù)的量子比特。

3.自旋電子學(xué)利用自旋軌道耦合來操控電子的自旋，用于低能耗電子器件。關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱：自旋泵浦效應(yīng)在超導(dǎo)薄膜中的自旋傳輸

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋泵浦效應(yīng)是一種通過電荷流驅(qū)動(dòng)自旋積累的非平衡過程。

2.在超導(dǎo)薄膜中，自旋泵浦效應(yīng)可以產(chǎn)生純自旋電流，從而實(shí)現(xiàn)自旋電子器件。

3.通過控制電荷流的極化和注入方法，可以優(yōu)化自旋傳輸效率。

主題名稱：自旋泵浦效應(yīng)在超導(dǎo)薄膜中的自旋注入

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋注入是使自旋電流從一個(gè)層注入到另一個(gè)層的過程。

2.在超導(dǎo)薄膜中，自旋注入可以利用超導(dǎo)-鐵磁異質(zhì)結(jié)的非局部效應(yīng)。

3.通過優(yōu)化異質(zhì)結(jié)界面和鐵磁層的厚度，可以提高自旋注入效率。

主題名稱：自旋泵浦效應(yīng)在超導(dǎo)薄膜中的自旋積累

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋積累是由于自旋電流的注入而導(dǎo)致自旋不平衡的現(xiàn)象。

2.在超導(dǎo)薄膜中，自旋積累可以產(chǎn)生巨大的純自旋電流，稱為自旋霍爾效應(yīng)。

3.通過調(diào)控薄膜的幾何形狀和雜質(zhì)摻雜，可以增強(qiáng)自旋積累效應(yīng)。

主題名稱：自旋泵浦效應(yīng)在超導(dǎo)薄膜中的自旋檢測(cè)

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.自旋檢測(cè)是測(cè)量自旋電流和自旋積累的技術(shù)。

2.在超導(dǎo)薄膜中，自旋檢測(cè)可以利用超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）或非局部自旋閥效