半金属铁磁/超导异质结构中的长程近邻效应研究

当铁磁体与超导体相互接触时，界面处会出现超导近邻效应，传统研究认为该近邻效应的有效尺度在几个纳米范围内。但是最近研究发现，在准一维Co单晶铁磁纳米线中存在有效尺度达300 纳米的长程近邻效应。该反常现象为重新认识超导-铁磁量子态之间的相互作用提供了新的思路。目前该现象还没有明确的理论解释，其存在的物理机制也不完全清楚。为了对这种长程近邻效应有更深入的了解，本项目将以具有高自旋极化率的半金属锰氧化物铁磁体为基础，开展类似的长程近邻效应研究。项目将结合微加工技术，将半金属锰氧化物铁磁薄膜刻蚀为准一维纳米条带，并利用超导纳米电极对其输运行为进行研究，同时详细了解纳米条带厚度、宽度以及超导电极的分布等对界面处近邻效应的影响，获得准一维纳米体系中铁磁、超导相互作用的详细信息，力争对准一维铁磁体中长程近邻效应存在的物理机制有进一步的认识，并为揭示超导与铁磁共存的内在本质提供重要的实验基础。

本项目以具有高自旋极化率的半金属铁磁体为基础，结合微纳加工技术，开展准一维超导-半金属铁磁异质结构中的长程近邻效应研究。经过三年的研究，基本完成计划中的研究内容，本项目在以下四个方面取得阶段性进展：（1）通过高压水热法制备出SrMn3O6单晶弱磁性纳米线；（2）通过电化学沉积法制备出半金属CrO2单晶纳米线，通过化学气相输运法制备出CrO2纳米带，正在基于这些纳米线进行超导近邻效应研究；（3）通过电化学沉积法制备了高质量的拓扑绝缘体Bi2Te3纳米线，并对其拓扑表面态进行了深入研究，相关研究结果不仅给出Bi2Te3一维纳米线中拓扑金属表面态存在的双重证据，而且提供了拓扑表面态Dirac电子随维度和纳米线尺寸变化的信息，相关工作在发表在Scientific Reports。在此基础上通过在Bi2Te3纳米线表面沉积超导W电极，形成拓扑绝缘体纳米线-超导异质结构，深入研究了其金属表面态的超导近邻效应，观察到由于超导近邻效应导致的奇异的磁电阻振荡行为和零偏压电导峰，该结果对深入探测Majorana费米子有重要的启发，相关工作正在深入进行中，部分结果已撰稿，尚未发表。（4）制备出了高质量的Nb2PdS5超导单晶纳米线，并对其超导电性进行了深入研究，相关结果发表在Nano Letters和Appl. Phys. Lett.上，正在开展基于超导纳米线，通过制备铁磁金属（Co）电极，形成Nb2PdS5-Co-Nb2PdS5异质结来开展准一维超导-铁磁近邻效应研究。我们将继续开展深入细致的后续研究工作，寻找可能出现长程超导近邻效应的方案，力争对准一维铁磁体中长程近邻效应存在的物理机制有进一步的认识，并为揭示超导与铁磁共存的内在本质提供重要的实验基础。