De interface tussen supergeleider (S) en ferromagneet (F) is een hot spot in de fysica van gecondenseerde materie. De interfacekoppeling tussen de twee produceert interessantere fysische verschijnselen. Het magnetische near-neighbor-effect bij de S/F-interface wordt veroorzaakt door de uitwisselingsinteractie tussen de elektronenspins aan beide zijden van de interface, wat leidt tot de onderdrukking van de magnetische orde of de opkomst van onconventionele supergeleiding. Wanneer een magnetisch materiaal zich in de buurt van een supergeleider bevindt, komt het magnetische veld een gebied van slechts enkele nanometers binnen de supergeleider binnen en vernietigt Cooper-paren, wat resulteert in ruimtelijke veranderingen in het supergeleidende gedrag van de interface en de macroscopische fysische eigenschappen van het materiaal aan beide zijden beïnvloedt. Momenteel is supergeleidende spintronica een opkomend veld geworden dat een belangrijke rol speelt bij het realiseren van dissipatievrije spinlogica en opslagtechnologieën.
Momenteel is het onderliggende mechanisme van het magnetische nabijheidseffect bij de S/F-interface in verschillende materiaalsystemen controversieel. Eerder werd waargenomen dat de supergeleidende overgangstemperatuur oscilleert met de dikte van de ferromagnetische laag in S/F-heterojuncties die zijn samengesteld uit metaallegeringen, wat suggereert dat er mogelijk een speciale transmissiemodus is van supergeleidende paringsgolven in dit systeem vanwege het sterke uitwisselingsveld. Met de ontwikkeling van geavanceerde dunnefilmvoorbereidingstechnieken zijn onderzoekers begonnen met het bestuderen van monokristaloxide S/F-heterointerfaces zoals de hogetemperatuursupergeleider (YBa2Cu3O7)/spingepolariseerde semimetalen ferromagneet (La1-xCaxMnO3)-interface. Er is vastgesteld dat de interface een verminderd magnetisch moment en de spin-antiparallelisme van de overgangsmetaalionen aan beide zijden van de interface heeft, en wordt beïnvloed door de elektronische toestand van de magnetische laag, de dikte van de S-laag en de niet-uniforme domeinstructuur. Door de onderdrukking van de supergeleidende overgangstemperatuur, de toename van de overgangsbreedte en de spin-klepeigenschappen in S/F-heterojuncties te observeren, ontdekten de onderzoekers dat dit specifieke type interface nuttig zou kunnen zijn bij de ontwikkeling van supergeleidende spintronische apparaten.
Guo Erjia, een onderzoeker aan het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen, en Jin Kuijuan, een academicus aan de Chinese Academie van Wetenschappen, bereidden Fe3N/VN-heterojuncties op saffiersubstraten voor met behulp van een gepulseerde laserdepositietechniek, ondersteund door een radiofrequente stikstofbron (RFN), en karakteriseerden hun structuren. Röntgendiffractieprofielen lieten zien dat zowel Fe3N- als VN-films langs de<111>kristallijne fase en had een goede kristallijne kwaliteit. Resultaten van transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie tonen aan dat de grensvlakken tussen het saffiersubstraat en de heterojuncties en heterojuncties worden gekenmerkt door vlakheid op atomair niveau, geordende atomaire rangschikking en lage chemische menging. Deze studie gebruikte elektrische en magnetische karakterisering bij lage temperaturen om de weerstand en het magnetische moment van Fe3N/VN heterojuncties te karakteriseren als een functie van temperatuur versus magnetisch veld. Er is vastgesteld dat de supergeleidende overgangstemperatuur van de Fe3N/VN heterojunctie afneemt met ongeveer 1,5 K, en zowel de Ginzburg-Landau coherentielengte als het gemiddelde vrije bereik nemen toe met ongeveer 20%, beïnvloed door het ferromagnetische Fe3N. Onder het lage veld en de supergeleidende overgangstemperatuur nemen het verzadigingsmagnetische moment, het coërcitiefveld en het supergeleidende kritische veld van de Fe3N/VN heterojunctie toe, wat suggereert dat er mogelijk een netto magnetisch moment wordt geïntroduceerd door het Fe3N near-neighbor effect in de VN grensvlaklaag.
Verder gebruikt deze studie de neutronenspectrometer van de China Scattered Neutron Source om de gepolariseerde neutronenreflectiespectra van Fe3N/VN heterojuncties te meten. Er wordt aangetoond dat er een netto magnetisch moment van ongeveer 60,3 ± 2,4 kA/m bestaat in het gebied van ongeveer 5 nm nabij de interface in de VN-film. Tegelijkertijd is de richting van dit magnetische moment uitgelijnd met de richting van het magnetische moment in ferromagnetische dunne films. Er wordt vastgesteld dat de interface van VN alleen een netto magnetisch moment heeft wanneer de VN zich in de supergeleidende toestand bevindt, zoals aangegeven door de gepolariseerde neutronenreflectiespectra met variabele temperatuur en magnetisch veld. Deze anomale grensvlakmagnetische eigenschap verschilt van de vroegere wet van antiparallelle spinuitlijning bij YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 oxide-interfaces en legeringsinterfaces. Uit first-principles-berekeningen blijkt dat de Fe3N/VN-interface d-orbitale reconstructie en grensvlakladingsoverdrachtsverschijnselen heeft, en dat de spins tussen overgangsmetaalionen voldoen aan de Heisenberg-directe uitwisselingskoppeling, en de koppelingsconstante J is ongeveer 4,28 meV. Dit werk observeert het unieke magnetische dichtstbijzijnde-buur-effect van de all-nitride supergeleidende/ferromagnetische heterointerfaces, en is nuttig voor de constructie van de supergeleidende spintronica-apparaten in het Het werk is instrumenteel geweest in de constructie van supergeleidende spintronica-apparaten, zoals drievoudige superstroomspinkleppen en "π" Josephson-overgangen.
De gerelateerde onderzoeksresultaten werden gepubliceerd in National Science Review onder de titel Syntropic spin alignment at the interface between ferromagnetic and superconducting nitrides. Dit werk werd ondersteund door het Special Project "Quantum Regulation and Quantum Information" van het National Key Research and Development Program of China, het Joint Fund for Regional Innovation and Development en het Original Exploration Program van de National Natural Science Foundation of China, het Stable Support Program for Young Teams in Basic Research en het Special Assistantship Program van de Chinese Academy of Sciences, en de Postdoctoral Fellowship of China, onder andere.
