Інтерфейс між надпровідником (S) і феромагнетиком (F) є гарячою точкою у фізиці конденсованого середовища. Міжфазний зв’язок між ними створює більш цікаві фізичні явища. Магнітний ефект ближнього сусіда на межі S/F спричинений обмінною взаємодією між спінами електронів по обидва боки межі розділу, що призводить до пригнічення магнітного порядку або поява нетрадиційної надпровідності. Коли магнітний матеріал знаходиться в безпосередній близькості від надпровідника, магнітне поле потрапляє в область розміром лише кілька нанометрів усередині надпровідника та руйнує куперівські пари, що призводить до просторових змін у надпровідній поведінці межі розділу та впливає на макроскопічні фізичні властивості матеріал з обох сторін. В даний час надпровідна спінтроніка стала новою областю, яка відіграє важливу роль у реалізації спінової логіки без дисипації та технологій зберігання.
В даний час основний механізм ефекту магнітної близькості на S/F інтерфейсі в різних матеріальних системах є суперечливим. Раніше спостерігалося, що температура надпровідного переходу коливається залежно від товщини феромагнітного шару в S/F гетеропереходах, що складаються з металевих сплавів, що свідчить про те, що в цій системі може існувати особливий режим передачі хвиль надпровідного спарювання через сильний обмін поле. З розвитком передових методів підготовки тонких плівок дослідники почали вивчати гетероінтерфейси монокристалічного оксиду S/F, такі як інтерфейс високотемпературного надпровідника (YBa2Cu3O7)/спін-поляризованого напівметалічного феромагнетика (La1-xCaxMnO3). . Виявлено, що межа розділу має зменшений магнітний момент і спінову антипаралельність іонів перехідних металів по обидві сторони межі розділу, на що впливає електронний стан магнітного шару, товщина S-шару та не- однорідна доменна структура. Спостерігаючи за зниженням температури надпровідного переходу, збільшенням ширини переходу та властивостями спінового клапана в S/F гетеропереходах, дослідники виявили, що цей конкретний тип інтерфейсу може бути корисним у розробці надпровідних спінтронних пристроїв.
Гуо Ерджіа, науковий співробітник Інституту фізики Китайської академії наук, і Цзінь Куйдзюань, академік Китайської академії наук, підготували гетеропереходи Fe3N/VN на сапфірових підкладках за допомогою технології імпульсного лазерного осадження за допомогою радіочастотного азоту. (RFN) атомного джерела та охарактеризували їх структуру. Профілі рентгенівської дифракції показали, що плівки Fe3N і VN ростуть уздовж<111>кристалічної фази і мав гарну кристалічну якість. Результати скануючої просвічуючої електронної мікроскопії з високою роздільною здатністю показують, що межі розділу між сапфіровою підкладкою та гетеропереходами та гетеропереходами характеризуються площинністю атомного рівня, упорядкованим розташуванням атомів і низьким хімічним змішуванням. У цьому дослідженні використовувалися електричні та магнітні характеристики при низьких температурах, щоб охарактеризувати опір і магнітний момент гетеропереходів Fe3N/VN як функцію температури від магнітного поля. Виявлено, що температура надпровідного переходу гетеропереходу Fe3N/VN зменшується приблизно на 1,5 К, а довжина когерентності Гінзбурга-Ландау та середній вільний діапазон збільшуються приблизно на 20%, під впливом феромагнітного Fe3N. Нижче температури низького поля та надпровідного переходу магнітний момент насичення, коерцитивне поле та надпровідне критичне поле гетеропереходу Fe3N/VN збільшуються, припускаючи, що може існувати сумарний магнітний момент, внесений ефектом ближнього сусіда Fe3N на міжфазній поверхні VN. шар.
Крім того, у цьому дослідженні використовується нейтронний спектрометр Китайського джерела розсіяних нейтронів для вимірювання спектрів відбиття поляризованих нейтронів гетеропереходів Fe3N/VN. Показано, що сумарний магнітний момент близько 60,3 ± 2,4 кА/м існує в області близько 5 нм поблизу межі розділу у плівці VN. У той же час напрямок цього магнітного моменту узгоджується з напрямком магнітного моменту в феромагнітних тонких плівках. Виявлено, що межа розділу VN має сумарний магнітний момент лише тоді, коли VN знаходиться в надпровідному стані, на що вказують спектри відбиття поляризованих нейтронів зі змінною температурою та магнітним полем. Ця аномальна межфазна магнітна властивість відрізняється від минулого закону антипаралельного вирівнювання спінів на межах розділу оксидів YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 і поверхнях розділу сплавів. Розрахунками з перших принципів виявлено, що інтерфейс Fe3N/VN має d-орбітальну реконструкцію та явища міжфазного переносу заряду, а також спіни між іонами перехідних металів задовольняють прямому обмінному зв’язку Гейзенберга, а константа зв’язку J становить приблизно 4,28 меВ. . Ця робота спостерігає унікальний магнітний ефект найближчого сусіда повністю нітридних надпровідних/феромагнітних гетероінтерфейсів і є корисною для побудови надпровідних пристроїв спінтроніки в Спінтроніці. спінові клапани та "π" переходи Джозефсона.
Відповідні результати дослідження були опубліковані в National Science Review під назвою Syntropic spin alignment at the interface between ferromagnetic and superconducting nitrides. Ця робота була підтримана спеціальним проектом «Квантова регуляція та квантова інформація» Національної ключової програми досліджень та розвитку Китаю, Спільного фонду регіональних інновацій та розвитку та оригінальної дослідницької програми Національного фонду природничих наук Китаю, Stable Програма підтримки молодих груп у фундаментальних дослідженнях та Програма спеціальної допомоги Академії наук Китаю, а також Стипендія для докторантів Китаю, серед інших.
