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凝聚态物理 > 超导性

arXiv:2508.10832 (cond-mat)
[提交于 2025年8月14日 ]

标题: 无场超导二极管效应在二维Shiba晶格中

标题: Field-free superconducting diode effect in two-dimensional Shiba lattices

Authors:Sayak Bhowmik, Dibyendu Samanta, Ashis K. Nandy, Arijit Saha, Sudeep Kumar Ghosh
摘要: 超导二极管效应(SDE)指的是非互易输运,其中电流在一个方向上无电阻流动,但在相反方向上则变为有电阻的,但其通常依赖磁场的特性阻碍了可扩展性和器件集成。 在本文中,我们提出了一种理论框架,用于基于具有圆锥自旋结构的二维(2D)Shiba晶格实现无场SDE。 使用实空间Bogoliubov-de Gennes(BdG)计算,我们说明仅圆锥自旋配置就足以打破必要的反演和时间反演对称性,使得无需任何外部磁场即可实现非互易超电流流动,产生超过40%的二极管效率。 此外,我们发现这种二极管效应的效率强烈依赖于电流流动的方向,显示出明显的角度依赖性,可以通过改变自旋结构在两个空间晶格方向上的间距来调节。 我们的研究结果为可扩展的、无磁场的超导组件提供了途径,用于非耗散电子学和量子技术。
摘要: The superconducting diode effect (SDE) refers to non-reciprocal transport, where current flows without resistance in one direction but becomes resistive in the opposite direction, but its typical reliance on magnetic field hinders scalability and device integration. In this article, we present a theoretical framework for realizing a field-free SDE based on a two-dimensional (2D) Shiba lattice featuring a conical spin texture. Using the real-space Bogoliubov-de Gennes (BdG) calculations, we illustrate that the conical spin configuration alone is sufficient to break the necessary inversion and time reversal symmetries, enabling nonreciprocal supercurrent flow without any external magnetic field, yielding diode efficiency exceeding 40%. Furthermore, we find that the efficiency of such a diode effect becomes strongly dependent on the direction of current flow, revealing a pronounced angular dependence that can be tuned by varying the pitches of the spin texture along the two spatial lattice directions. Our findings offer a pathway toward scalable, field-free superconducting components for non-dissipative electronics and quantum technologies.
评论: 9页,5图,包含补充材料,欢迎提出意见
主题: 超导性 (cond-mat.supr-con) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2508.10832 [cond-mat.supr-con]
  (或者 arXiv:2508.10832v1 [cond-mat.supr-con] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.10832
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Sudeep Ghosh [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 8 月 14 日 16:56:44 UTC (3,235 KB)
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