Traditional studies that combine spintronics and superconductivity have mainly focused on the injection of spin-polarized quasiparticles into superconducting materials. However, a complete synergy between superconducting and magnetic orders turns out to be possible through the creation of spin-triplet Cooper pairs, which are generated at carefully engineered superconductor interfaces with ferromagnetic materials. Currently, there is intense activity focused on identifying materials combinations that merge superconductivity and spintronics to enhance device functionality and performance. The results look promising: it has been shown, for example, that superconducting order can greatly enhance central effects in spintronics such as spin injection and magnetoresistance. Here, we review the experimental and theoretical advances in this field and provide an outlook for upcoming challenges in superconducting spintronics. The discovery of spin-triplet Cooper pairs at superconductor/ferromagnet interfaces provides a route for combining superconducting and magnetic orders. Recent advances and challenges in the field of superconducting spintronics are now reviewed.

Maintaining the Supercurrent When a superconductor is placed in contact with a ferromagnet, the antiparallel spin pairs that form the supercurrent are expected to be broken almost immediately upon entering the ferromagnet, which tends to orient spins parallel to each other. If the supercurrent survives for more than a few nanometers, it is assumed that a change of pairing symmetry has taken place, with the spin-singlet pairs having been converted into spin-triplets. Magnetic inhomogeneity at the superconductor-ferromagnet interface is thought to account for this change. Robinson et al. (p. 59 , published online 10 June) have now been able to observe long-ranged supercurrents in a symmetric junction consisting of a superconductor, a conical magnet, and a ferromagnet. The conical magnet layer provided the required inhomogeneity, and varying its thickness enabled control over the magnitude of the current.

The Hall effect in SrRuO$_3$ thin-films near the thickness limit for ferromagnetism shows an extra peak in addition to the ordinary and anomalous Hall effects. This extra peak has been attributed to a topological Hall effect due to two-dimensional skyrmions in the film around the coercive field; however, the sign of the anomalous Hall effect in SrRuO$_3$ can change as a function of saturation magnetization. Here we report Hall peaks in SrRuO$_3$ in which volumetric magnetometry measurements and magnetic force microscopy indicate that the peaks result from the superposition of two anomalous Hall channels with opposite sign. These channels likely form due to thickness variations in SrRuO$_3$, creating two spatially separated magnetic regions with different saturation magnetizations and coercive fields. The results are central to the development of strongly correlated materials for spintronics.

Abstract Chiral spin textures such as skyrmions are of interest to the field of spintronics for their potential use in future computing devices. Hall effect measurements are a simple and powerful method to probe the electronic and magnetic properties of materials. The topological Hall effect, which appears as anomalies in Hall resistance versus magnetic field measurements compared to magnetic measurements, has frequently been used to establish the occurrence of chiral spin textures. However, in addition to experimental issues, intrinsic electronic mechanisms combined with inhomogeneity in materials and at interfaces can lead to an inhomogeneous anomalous Hall effect which could be mistaken for a topological Hall signal. This review covers recent research using Hall effect measurements to probe chiral spin textures, focusing on SrRuO 3 as a model system. The ambiguity between Hall effects due to topological sources has led to disagreement in the interpretation of experimental results and casts doubts on the effectiveness of these techniques for investigating chiral spin textures.

In many solids, the spin-orbit interaction is only a small effect. However, in certain materials it leads to new phenomena. This Colloquium reviews the role of spin-orbit interaction in superconducting hybrid structures, where it can lead to exotic states such as spin-triplet pairing, topological superconductivity, and the superconducting diode effect. These are fundamental interest and importance for applications, including spintronics and quantum computing.