超导电性由于具有巨大的应用前景和重要的科学研究意义而成为了凝聚态物理研究中的一个持续热点问题。通常BCS超导体的上临界磁场是不会超过泡利顺磁极限的,因为一旦超过这一极限,两个自旋相反电子之间的s波配对就会被破坏。但在伊辛超导体中,面内中心反演对称性的破缺导致伊辛类型的自旋-轨道耦合的出现。此时,库伯对中电子的自旋方向会被钉扎在面外,使得面内的上临界磁场可以远超泡利极限,达到几十甚至上百特斯拉。这种超导电性被称为伊辛超导,其特有的性质为强磁场中超导电性的应用提供了新途径。
近来,应用物理系江红民教授课题组在伊辛超导研究方面取得新进展,课题组从理论上预言了一种产生于伊辛超导体磁涡旋中的新颖磁性结构。当存在面外磁场时,伊辛类型的自旋轨道耦合与涡旋磁通的相互作用局域地打破了自旋和子晶格的简并,从而在相邻磁涡旋中诱导出方向相反的局域磁矩[图(b)、(c)和(d)],磁涡旋中有限能量处不同自旋和不同子格点上的局域态密度也因此发生了方向相反的移动。此项研究不仅为探测伊辛类型的自旋轨道耦合作用提供了一个实验可观测的判据,而且还有望实现利用轨道效应在磁涡旋中操控电子的自旋自由度。相关研究成果以“Local breaking of the spin degeneracy in the vortex states of Ising superconductors: Induced antiphase ferromagnetic order”为题发表在国际著名学术期刊Physical Review B上[Phys. Rev. B 105, 014510 (2022)]。Physical Review B是由美国物理学会(American Physical Society)主办的学术期刊之一,是凝聚态物理方面最有影响力和最权威的期刊,是自然指数(Nature Index)收录的全球82个顶级期刊之一。
上述研究得到了国家自然科学基金面上项目的资助。江红民教授是该论文的第一作者和通讯作者,浙江科技学院理学院为论文第一单位。(应用物理系:孙婷婷)
论文链接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.105.014510