La interfície entre el superconductor (S) i el ferroimant (F) és un punt calent en la física de la matèria condensada. L'acoblament interfacial entre ambdós produeix fenòmens físics més interessants. L'efecte de veí magnètic a la interfície S/F és causat per la interacció d'intercanvi entre els girs d'electrons a banda i banda de la interfície, donant lloc a la supressió de l'ordre magnètic o l'aparició de la superconductivitat no convencional. Quan un material magnètic es troba molt a prop d'un superconductor, el camp magnètic entra en una regió de només uns pocs nanòmetres dins del superconductor i destrueix els parells de Cooper, donant lloc a canvis espacials en el comportament superconductor de la interfície i afectant les propietats físiques macroscòpiques de la interfície. material per les dues cares. Actualment, l'espintrònica superconductora s'ha convertit en un camp emergent que juga un paper important en la realització de tecnologies d'emmagatzematge i lògica de gir sense dissipació.
Actualment, el mecanisme subjacent de l'efecte de proximitat magnètica a la interfície S/F en diferents sistemes de materials és controvertit. Anteriorment, es va observar que la temperatura de transició superconductora oscil·la amb el gruix de la capa ferromagnètica en heterounions S/F compostes per aliatges metàl·lics, cosa que suggereix que hi pot haver un mode especial de transmissió d'ones d'aparellament superconductors en aquest sistema a causa del fort intercanvi. camp. Amb el desenvolupament de tècniques avançades de preparació de pel·lícula prima, els investigadors han començat a estudiar les heterointerfícies S/F d'òxid d'un sol cristall, com ara la interfície de superconductor d'alta temperatura (YBa2Cu3O7)/ferroimant semimetàl·lic polaritzat per gir (La1-xCaxMnO3) . Es troba que la interfície té un moment magnètic reduït i l'antiparal·lelisme de gir dels ions de metall de transició a banda i banda de la interfície, i es veu afectada per l'estat electrònic de la capa magnètica, el gruix de la capa S i la no estructura de domini uniforme. Observant la supressió de la temperatura de transició superconductora, l'augment de l'amplada de transició i les propietats de la vàlvula de spin en les heterounions S/F, els investigadors van trobar que aquest tipus d'interfície particular podria ser beneficiós en el desenvolupament de dispositius espintrònics superconductors.
Guo Erjia, investigador de l'Institut de Física de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, i Jin Kuijuan, acadèmic de l'Acadèmia de Ciències de la Xina, van preparar heterounions Fe3N/VN sobre substrats de safir mitjançant una tècnica de deposició làser polsada assistida per un nitrogen de radiofreqüència. (RFN) font atòmica, i van caracteritzar les seves estructures. Els perfils de difracció de raigs X van mostrar que les pel·lícules de Fe3N i VN van créixer al llarg del<111>fase cristal·lina i tenia una bona qualitat cristal·lina. Els resultats de la microscòpia electrònica de transmissió d'escaneig d'alta resolució mostren que les interfícies entre el substrat de safir i les heterojuncions i heterojuncions es caracteritzen per la planitud a nivell atòmic, la disposició atòmica ordenada i la baixa mescla química. Aquest estudi va utilitzar la caracterització elèctrica i magnètica a baixes temperatures per caracteritzar la resistència i el moment magnètic de les heterounions Fe3N/VN en funció de la temperatura versus el camp magnètic. Es troba que la temperatura de transició superconductora de l'heterounió Fe3N/VN disminueix uns 1, 5 K, i tant la longitud de coherència Ginzburg-Landau com el rang lliure mitjà augmenten aproximadament un 20%, influenciat pel ferromagnètic Fe3N. Per sota del camp baix i la temperatura de transició superconductora, el moment magnètic de saturació, el camp coercitiu i el camp crític superconductor de l'heterounió Fe3N/VN augmenten, cosa que suggereix que pot haver-hi un moment magnètic net introduït per l'efecte proper Fe3N a la interfacial VN. capa.
A més, aquest estudi utilitza l'espectròmetre de neutrons de la font de neutrons dispersos de la Xina per mesurar els espectres de reflexió de neutrons polaritzats de les heterojuncions Fe3N/VN. Es demostra que un moment magnètic net d'uns 60,3 ± 2,4 kA/m existeix a la regió d'uns 5 nm prop de la interfície de la pel·lícula VN. Al mateix temps, la direcció d'aquest moment magnètic s'alinea amb la direcció del moment magnètic en les pel·lícules primes ferromagnètiques. Es troba que la interfície de VN només té un moment magnètic net quan el VN es troba en estat superconductor, tal com indiquen els espectres de reflexió de neutrons polaritzats amb temperatura i camp magnètic variables. Aquesta característica magnètica interfacial anòmala és diferent de la llei passada de l'alineació de gir antiparal·lel a les interfícies d'òxid YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 i les interfícies d'aliatge. Segons els càlculs dels primers principis, es troba que la interfície Fe3N/VN té fenòmens de reconstrucció de l'orbital d i transferència de càrrega interfacial, així com els girs entre ions de metalls de transició satisfan l'acoblament d'intercanvi directe de Heisenberg i la constant d'acoblament J és d'uns 4,28 meV. . Aquest treball observa l'efecte únic de veí més proper magnètic de les heterointerfícies superconductores/ferromagnètiques de nitrurs, i és útil per a la construcció dels dispositius d'espintrònica superconductors en la construcció de dispositius d'espintrònica superconductors, com ara el supercorrent triple. vàlvules de gir i unions "π" de Josephson.
Els resultats de la investigació relacionats es van publicar a National Science Review sota el títol d'Alineació d'espín sintròpic a la interfície entre nitrurs ferromagnètics i superconductors. Aquest treball va comptar amb el suport del projecte especial "Regulació quàntica i informació quàntica" del Programa Nacional d'Investigació i Desenvolupament Clau de la Xina, el Fons Conjunt per a la Innovació i el Desenvolupament Regional i el Programa d'Exploració Original de la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina, el Stable. Programa de Suport a Equips Joves en Recerca Bàsica i el Programa d'Assistents Especials de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, i la Beca Postdoctoral de la Xina, entre d'altres.
