近日，浙江大学关联物质研究中心团队联合上海科技大学郭艳峰教授课题组在《Physical Review Letters》发表题为“Andreev Reflection to Probe Momentum-Dependent Spin Polarization in Altermagnet CrSb”的研究论文。该工作提出利用安德烈夫反射作为探测交错磁体动量依赖自旋极化率的全新方法，并在g波交错磁性材料CrSb单晶中获得重要实验结果，为理解交错磁体的内禀自旋特性提供了新的理论和实验证据，该成果在超导自旋电子学方面具有重要的应用前景。
自旋电子学利用电子自旋自由度实现信息存储和处理，一般选择具有较大自旋极化率的铁磁体作为材料载体，但铁磁材料存在净磁矩，易受杂散磁场影响；反铁磁材料虽无净磁矩，但因自旋极化为零，一般很难实际应用。近年来涌现的交错磁体兼具零净磁矩和动量依赖自旋劈裂的两大特性，被认为是下一代自旋电子学的重要材料基础。作为典型g波交错磁性的候选材料，CrSb具有高达723 K的奈尔温度和显著的动量依赖自旋劈裂。然而，此前角分辨光电子能谱报道的自旋极化率明显偏低，可能起源于较大的光斑尺寸覆盖多个交错磁畴，导致不同磁畴的自旋信号相互抵消。因此，发展能够避免交错磁畴的平均效应、直接探测局域自旋极化的新方法成为关键问题。
研究团队创新地采用点接触谱方法，使用铌超导针尖探测CrSb中的动量依赖自旋极化：在超导和正常金属形成的界面发生安德烈夫反射过程中，只有动量和自旋相反的两个电子
才能形成库珀对进入超导体；而在具有动量依赖自旋劈裂的g波交错磁体中，除了节点外，动量相反的电子自旋方向相同，所以安德烈夫反射过程会受到抑制，从而可从电导谱中提取该动量依赖自旋极化率Pk。研究人员对CrSb单晶(0001)、(-1-120)和(10-10)三个晶面进行了系统测量，通过改进的BTK模型拟合，对应晶面的自旋极化率分别约为73.4%、67.9%和61.9%。这些结果显著高于角分辨光电子能谱实验报道的数值，证实了CrSb中动量依赖自旋极化的内禀特征。
图1安德烈夫反射测量交错磁性自旋极化率的原理示意图
在自旋极化测量的基础上，研究团队还通过空间线扫描对比不同点的电导谱，直接观测到交错磁畴及畴壁结构。在磁畴区域，电导谱表现出明显的零偏压凹陷，对应较高的自旋极化率；而在畴壁区域，相干峰明显，自旋极化率降低。根据估算，CrSb中典型交错磁畴尺寸约为250–500纳米，畴壁宽度约为250纳米，与此前MnTe中的报道结果相近。因此，点接触谱技术能够分辨单个磁畴内的自旋信号，为研究交错磁体微观磁结构提供了新的实验手段。
图2通过点接触谱技术扫描交错磁畴与畴壁的局域电导谱
研究团队还开展了第一性原理计算，通过构建包含Cr-3d和Sb-5p轨道的紧束缚模型，获得了具有g波对称性的自旋极化费米面，与实验结果基本一致，进一步验证了利用安德烈夫反射探测动量依赖自旋极化方法的有效性。
该研究首次将安德烈夫反射成功应用于交错磁体的研究，建立了探测动量依赖自旋极化的新研究范式；同时，实验直接观测到的交错磁畴结构为理解交错磁体的多畴物理提供了重要依据，为未来设计基于交错磁体/超导体异质结的新型量子器件提供了新的思路。
论文第一作者为浙江大学物理学院博士研究生张妍，该工作由浙江大学路欣教授、曹超教授、徐远峰研究员、胡仑辉研究员和上海科技大学郭艳峰教授共同合作完成。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费及北京凝聚态物理国家实验室开放基金等项目资助。
文章信息：Yan Zhang, Yixuan Luo, Yue Yang, Zilong Li, Weilong Qiu, Lunhui Hu, Yuanfeng Xu*, Yanfeng Guo*, Chao Cao*, Xin Lu*, “Andreev Reflection to Probe Momentum-Dependent Spin Polarization in Altermagnet CrSb”,Physical Review Letters 137, 016701 (2026). DOI: [https://doi.org/10.1103/42m7-p7l3]
