超導/鐵磁異質結具有衆多新奇的物理性質，是研究超導電性與鐵磁序相互作用的理想對象之一，在超導自旋電子學和超導量子計算領域具有巨大的應用前景。值得注意的是，在超導/鐵磁異質結中，由于鐵磁體中費米波矢失配導緻超導庫珀對電子的波函數在鐵磁體産生振蕩行為（圖A），因此基于超導/鐵磁構建的磁性約瑟夫森器件是實現非常規π相位約瑟夫森結的有效途徑，并且可以通過精準控制鐵磁層的厚度，實現零相位與π相位約瑟夫森結的轉變（圖B和C）。然而，對磁性約瑟夫森結的研究迄今主要集中在電荷輸運測量，其自旋相關性質尚未得以探索。

圖  A. 超導/鐵磁界面的庫珀對波函數在鐵磁層發生振蕩，從而形成零相位态和π相位态；B和C. 自旋流注入到零相位（B）和π相位（C）約瑟夫森結中的安德列夫束縛态示意圖；D. π相位約瑟夫森結與零相位約瑟夫森結的自旋動力學因子随着鐵磁層厚度變化發生顯著振蕩

為了進一步理解0-π約瑟夫森結中的自旋相關特性，beat365官方网站量子材料科學中心韓偉長聘副教授課題組與謝心澄院士、國際商用機器公司（IBM）Almaden研究中心See-Hun Yang研究員和德國馬克斯-普朗克物質結構與動力學研究所于濤博士等合作，在鐵磁約瑟夫森結中觀測到自旋動力學因子随着磁性層厚度的顯著振蕩行為（圖D）；通過實驗證明與理論分析，進一步排除了超導準粒子與自旋三重态庫珀對作為自旋載體的可能性，創新性地提出安德列夫束縛态是該體系中耗散自旋流的主要載體，并證明了安德列夫束縛态對自旋的耗散能力受到0-π相位約瑟夫森結轉變具有巨大的調控作用。聯合研究團隊首次利用超導态實現了自旋動力學的巨振蕩行為，為理解超導體内自旋耗散打開了全新的視角，對基于鐵磁約瑟夫森結的量子器件的研發奠定了實驗基礎，為超導自旋電子學和超導量子計算進一步發展提供了新的實驗方案；這是繼RKKY（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）磁交換耦合振蕩效應後自旋電子學領域的一項重大突破。

2021年11月26日，相關成果以“超導體/鐵磁體/超導體結中的巨大振蕩吉爾伯特阻尼”（Giant oscillatory Gilbert damping in superconductor/ferromagnet/superconductor junctions）為題，在線發表于《科學進展》（Science Advances）；beat365官方网站量子材料科學中心2016級博士研究生姚雲焱與2017級博士研究生蔡冉冉為共同第一作者，韓偉和See-Hun Yang為共同通訊作者。

上述研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、北京市自然科學基金、國家重點研發計劃，及量子物質材料協同創新中心等支持。

論文鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh3686