Interfața dintre supraconductor (S) și feromagnet (F) este un punct fierbinte în fizica materiei condensate. Cuplajul interfacial dintre cele două produce fenomene fizice mai interesante. Efectul de vecinătate magnetică la interfața S/F este cauzat de interacțiunea de schimb între spinurile electronilor de pe ambele părți ale interfeței, ducând la suprimarea ordinului magnetic sau apariția supraconductivității neconvenționale. Când un material magnetic se află în apropierea unui supraconductor, câmpul magnetic intră într-o regiune de doar câțiva nanometri în supraconductor și distruge perechile Cooper, ducând la modificări spațiale ale comportamentului supraconductor al interfeței și afectând proprietățile fizice macroscopice ale material pe ambele părți. În prezent, spintronica supraconductoare a devenit un domeniu în curs de dezvoltare care joacă un rol important în realizarea logicii de rotație fără disipare și a tehnologiilor de stocare.
În prezent, mecanismul de bază al efectului de proximitate magnetică la interfața S/F în diferite sisteme de materiale este controversat. Anterior, s-a observat că temperatura de tranziție supraconductoare oscilează cu grosimea stratului feromagnetic în heterojoncțiuni S/F compuse din aliaje metalice, sugerând că poate exista un mod special de transmitere a undelor de împerechere supraconductoare în acest sistem datorită schimbului puternic. camp. Odată cu dezvoltarea tehnicilor avansate de preparare a filmului subțire, cercetătorii au început să studieze heterointerfețele S/F de oxid monocristal, cum ar fi interfața superconductor de înaltă temperatură (YBa2Cu3O7)/feromagnet semimetalic polarizat în spin (La1-xCaxMnO3) . Se constată că interfața are un moment magnetic redus și antiparalelismul de spin al ionilor de metal de tranziție de pe ambele părți ale interfeței și este afectată de starea electronică a stratului magnetic, de grosimea stratului S și de non- structură uniformă a domeniului. Observând suprimarea temperaturii de tranziție supraconductoare, creșterea lățimii de tranziție și proprietățile supapei de spin în heterojoncțiile S/F, cercetătorii au descoperit că acest tip special de interfață ar putea fi benefic în dezvoltarea dispozitivelor spintronice supraconductoare.
Guo Erjia, cercetător la Institutul de Fizică, Academia Chineză de Științe, și Jin Kuijuan, academician la Academia Chineză de Științe, au pregătit heterojoncțiuni Fe3N/VN pe substraturi de safir folosind o tehnică de depunere cu laser în impulsuri asistată de o frecvență radio de azot. (RFN) sursă atomică și au caracterizat structurile acestora. Profilurile de difracție cu raze X au arătat că atât filmele Fe3N, cât și VN au crescut de-a lungul<111>fază cristalină și avea o calitate cristalină bună. Rezultatele microscopiei electronice cu transmisie cu scanare de înaltă rezoluție arată că interfețele dintre substratul de safir și heterojoncțiuni și heterojoncțiuni sunt caracterizate prin planeitate la nivel atomic, aranjament atomic ordonat și amestec chimic scăzut. Acest studiu a folosit caracterizarea electrică și magnetică la temperaturi scăzute pentru a caracteriza rezistența și momentul magnetic al heterojoncțiilor Fe3N/VN în funcție de temperatură față de câmpul magnetic. Se constată că temperatura de tranziție supraconductoare a heterojoncției Fe3N/VN scade cu aproximativ 1,5 K, iar atât lungimea de coerență Ginzburg-Landau, cât și intervalul liber mediu cresc cu aproximativ 20%, influențate de Fe3N feromagnetic. Sub câmpul scăzut și temperatura de tranziție supraconductivă, momentul magnetic de saturație, câmpul coercitiv și câmpul critic supraconductor al heterojoncției Fe3N/VN cresc, sugerând că ar putea exista un moment magnetic net introdus de efectul de vecinătate Fe3N în interfața VN. strat.
În plus, acest studiu utilizează spectrometrul de neutroni al sursei de neutroni împrăștiați din China pentru a măsura spectrele de reflexie a neutronilor polarizați ale heterojoncțiilor Fe3N/VN. Se arată că un moment magnetic net de aproximativ 60,3 ± 2,4 kA/m există în regiunea de aproximativ 5 nm în apropierea interfeței în filmul VN. În același timp, direcția acestui moment magnetic este aliniată cu direcția momentului magnetic în filmele subțiri feromagnetice. Se constată că interfața VN are un moment magnetic net numai atunci când VN este în stare supraconductivă, așa cum este indicat de spectrele de reflexie a neutronilor polarizați cu temperatură și câmp magnetic variabil. Această caracteristică magnetică interfacială anormală este diferită de legea anterioară a alinierii spinului anti-paralel la interfețele de oxid YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 și interfețele din aliaj. Se constată, prin calculele de la primele principii, că interfața Fe3N/VN are fenomene de reconstrucție a orbital d și de transfer interfacial de sarcină, precum și spinurile dintre ionii metalelor tranziționale satisfac cuplajul de schimb direct Heisenberg, iar constanta de cuplare J este de aproximativ 4,28 meV. . Această lucrare observă efectul unic de cel mai apropiat vecin magnetic al heterointerfețelor supraconductoare/feromagnetice cu nitrururi și este utilă pentru construcția dispozitivelor spintronice supraconductoare din domeniul. supape de spin și joncțiuni Josephson „π”.
Rezultatele cercetării aferente au fost publicate în National Science Review sub titlul Alinierea spinului sintropic la interfața dintre nitrururile feromagnetice și supraconductoare. Această lucrare a fost susținută de Proiectul special „Reglementare cuantică și informații cuantice” al Programului național de cercetare și dezvoltare cheie al Chinei, Fondul comun pentru inovare și dezvoltare regională și Programul de explorare original al Fundației Naționale pentru Științe Naturale din China, Stable. Programul de sprijin pentru echipele tinere în cercetare de bază și programul de asistență specială al Academiei Chineze de Științe și bursa postdoctorală din China, printre altele.
