Asymmetric vortex entry and nonreciprocal supercurrents in a proximitized Mo–Re two-band/two-gap superconductor
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0043142Ключові слова:
superconducting diode effect, molybdenum-rhenium alloy, proximity effect, two-gap superconductivityАнотація
Невзаємність — це явище, коли реакція системи, така як хвильовий транспорт або протікання струму, залежить від напрямку поширення. У надпровідниках це проявляється як ефект надпровідного діода, де максимальний критичний надструм відрізняється для протилежних напрямків струму. Повідомлено про перше спостереження такого ефекту в двощілинному сплаві перехідних металів, досягаючи 17% ефективності діода за допомогою одностадійного процесу з використанням тонких плівок молібден-ренію та асиметричним осадженням срібного шару. Отримані результати роблять багатощілинні надпровідники перспективною платформою для створення надпровідних діодів, які реалізують доступ до унікальних фізичних режимів, що виникають внаслідок різних зв'язків нанесеного зверху нормального шару з конденсатами з великою та малою щілиною. Крім того, продемонстровано, що проста інженерія близькості з благородними металами може забезпечити конкурентоспроможну ефективність надпровідних діодів, сумісну зі стандартними методами виготовлення тонких плівок. Ця робота не тільки порушує фундаментальні питання про взаємодію між двощілинною надпровідністю та невзаємним транспортом, але й окреслює практичний шлях до нових кріогенних електронних застосувань.
Посилання
E. Babaev and M. Speight, “Semi-Meissner state and neither type-I nor type-II superconductivity in multicomponent superconductors,” Phys. Rev. B 72, 180502(R) (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.180502
A. Gurevich, “Limits of the upper critical field in dirty two-gap superconductors,” Physica C: Superconductivity 456, 160 (2007). https://doi.org/10.1016/j.physc.2007.01.008
V. Moshchalkov, M. Menghini, T. Nishio, Q. H. Chen, A. V. Silhanek, V. H. Dao, L. F. Chibotaru, N. D. Zhigadlo, and J. Karpinski, “Type-1.5 superconductivity,” Phys. Rev. Lett. 102, 117001 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.117001
J. Carlström, E. Babaev, and M. Speight, “Type-1.5 superconductivity in multiband systems: Effects of interband couplings,” Phys. Rev. B 83, 174509 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.174509
A. S. Mosquera-Polo, E. A. Aríza-Echeverri, C. Aguirre, L. F. Muñoz-Martínez, and J. Faúndez, “Fractional vortex dynamics in two-band superconductors with linear normal strips,” Crystals 15, 610 (2025). https://doi.org/10.3390/cryst15070610
D. Shaffer and A. Levchenko, “Theories of superconducting diode effects,” arXiv.2510.25864 (2025).
V. Tarenkov, A. Shapovalov, E. Zhitlukhina, M. Belogolovskii, and P. Seidel, “Mo-Re alloy: A new benchmark two-band superconductor,” Fiz. Nyzk Temp. 49, 109 (2023) [Low Temp. Phys. 49, 103 (2023)]. https://doi.org/10.1063/10.0016483
S. Sundar, L. S. S. Chandra, M. K. Chattopadhyay, S. K. Pandey, D. Venkateshwarlu, R. Rawat, V. Ganesan, and S. B. Roy, “Strong electron–phonon coupling and multiband effects in the superconducting β-phase Mo1–xRex alloys,” New J. Phys. 17, 053003 (2015). https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/5/053003
V. Tarenkov, A. Dyachenko, V. Krivoruchko, A. Shapovalov, and M. Belogolovskii, “Tunnelling-spectroscopy evidence for two-gap superconductivity in a binary Mo–Re alloy,” J. Supercond. Novel Magn. 33, 569 (2020). https://doi.org/10.1007/s10948-019-05297-0
V. Tarenkov, A. Shapovalov, O. Boliasova, M. Belogolovskii, and A. Kordyuk, “Two-band superconductivity in a Mo–Re alloy with an equal concentration of the components,” Fiz. Nizk Temp. 47, 115 (2021) [Low Temp. Phys. 47, 101 (2021)]. https://doi.org/10.1063/10.0003168
T. Ideue and Y. Iwasa, “One-way supercurrent achieved in an electrically polar film,” Nature 584, 349 (2020). https://doi.org/10.1038/d41586-020-02380-8
J. Kun and H. Jiangping, “Superconducting diode effects,” Nat. Phys. 18, 1145 (2022). https://doi.org/10.1038/s41567-022-01701-0
M. Nadeem, M. S. Fuhrer, and X. Wang, “The superconducting diode effect,” Nat. Rev. Phys. 5, 558 (2023). https://doi.org/10.1038/s42254-023-00632-w
J. Ma, R. Zhan, and X. Lin, “Superconducting diode effects: Mechanisms, materials and applications,” Adv. Phys. Res. 4, 2400180 (2025). https://doi.org/10.1002/apxr.202400180
D. Shaffer, D. V. Chichinadze, and A. Levchenko, “Superconducting diode effect in multiphase superconductors,” Phys. Rev. B 110, 184509 (2024); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.184509
Y. Yerin, S.-L. Drechsler, A. A. Varlamov, F. Giazotto, and M. Cuoco, “Supercurrent diode effect in josephson interferometers with multiband superconductors,” Commun. Phys. 8, 356 (2025). https://doi.org/10.1038/s42005-025-02253-4
J. Mei, S. Qin, and J. Hu, “Interband-pairing-boosted supercurrent diode effect in multiband superconductors,” arXiv.2510.15788 (2025).
M. Poláčková, E. Zhitlukhina, M. Belogolovskii, M. Gregor, T. Plecenik, and P. Seidel, “Probing superconducting granularity using nonlocal four-probe measurements,” Eur. Phys. J. Plus 138, 486 (2023). https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-023-04123-w
L. F. Goodrich and A. N. Srivatsava, “II-3: Critical current measurement methods: Quantitative evaluation,” Cryogenics 35, S19 (1995). https://doi.org/10.1016/0011-2275(95)99826-T
Y. Hou, F. Nichele, H. Chi, A. Lodesani, Y. Wu, and M. F. Ritter, D. Z. Haxell, M. Davydova, S. Ilić, O. G. Elbert, A. Varambally, F. S. Bergeret, A. Kamra, L. Fu, P. A. Lee, and J. S. Moodera, “Ubiquitous superconducting diode effect in superconductor thin films,” Phys. Rev. Lett. 131, 027001 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.027001
J. Li, Z. Zhang, S. Wang, Y. He, H. Lyu, Q. Wang, B. Dong, D. Zhu, H. Matsuki, D. Zhu, G. Yang, and W. Zhao, “Field-free superconducting diode enabled by geometric asymmetry and perpendicular magnetization,” Adv. Mater. 38, e11414 (2026).https://doi.org/10.1002/adma.202511414
T. A. Prikhna, A. P. Shapovalov, G. E. Grechnev, V. G. Boutko, A. A. Gusev, A. V. Kozyrev, M. A. Belogolovskii, V. E. Moshchil, and V. B. Sverdun, “Formation of nanostructure in magnesium diboride based materials with high superconducting characteristics,” Fiz. Nizk Temp. 42, 486 (2016) [Low Temp. Phys. 42, 380 (2016)] https://doi.org/10.1063/1.4952985
P. Hosur and D. Palacios, “Proximity-induced equilibrium supercurrent and perfect superconducting diode effect due to band asymmetry,” Phys. Rev. B 108, 094513 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.094513
A. I. Braginski, “Superconductor electronics status and outlook,” J. Supercond. Novel Magn. 32, 23 (2019). https://doi.org/10.1007/s10948-018-4884-4
