Suprajohteen (S) ja ferromagneetin (F) välinen rajapinta on kuuma piste kondensoituneen aineen fysiikassa. Näiden kahden välinen rajapintakytkentä tuottaa mielenkiintoisempia fysikaalisia ilmiöitä. Magneettinen lähinaapuri-ilmiö S/F-rajapinnassa johtuu rajapinnan molemmilla puolilla olevien elektronien spinien välisestä vaihtovuorovaikutuksesta, mikä johtaa magneettisen järjestyksen vaimenemiseen tai epätavanomaisen suprajohtavuuden ilmaantuminen. Kun magneettinen materiaali on suprajohteen välittömässä läheisyydessä, magneettikenttä tunkeutuu suprajohteen sisällä vain muutaman nanometrin alueelle ja tuhoaa Cooper-pareja, mikä johtaa avaruudellisiin muutoksiin rajapinnan suprajohtavassa käyttäytymisessä ja vaikuttaa makroskooppisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin. materiaalia molemmin puolin. Tällä hetkellä suprajohtavasta spintroniikasta on tullut nouseva ala, jolla on tärkeä rooli hajoamattoman spinlogiikan ja tallennustekniikoiden toteuttamisessa.
Tällä hetkellä magneettisen läheisyysvaikutuksen taustalla oleva mekanismi S/F-rajapinnassa eri materiaalijärjestelmissä on kiistanalainen. Aikaisemmin on havaittu, että suprajohtavan siirtymälämpötila värähtelee ferromagneettisen kerroksen paksuuden kanssa metalliseoksista koostuvissa S/F-heteroliitoksissa, mikä viittaa siihen, että tässä järjestelmässä voi olla erityinen suprajohtavien paritusaaltojen lähetystapa voimakkaan vaihdon vuoksi. ala. Kehittyneiden ohutkalvojen valmistustekniikoiden kehittämisen myötä tutkijat ovat alkaneet tutkia yksikiteisten oksidin S/F-heterorajapintoja, kuten korkean lämpötilan suprajohteen (YBa2Cu3O7)/spin-polarisoidun puolimetallisen ferromagneetin (La1-xCaxMnO3) -rajapintaa. . On havaittu, että rajapinnalla on alentunut magneettinen momentti ja siirtymämetalli-ionien spin-antiparallelismi rajapinnan molemmilla puolilla, ja siihen vaikuttavat magneettikerroksen elektroninen tila, S-kerroksen paksuus ja ei- yhtenäinen verkkoalueen rakenne. Tarkkaillessaan suprajohtavan siirtymälämpötilan vaimenemista, siirtymäleveyden kasvua ja spin-venttiilin ominaisuuksia S/F-heteroliitoksissa tutkijat havaitsivat, että tämän tyyppinen rajapinta voisi olla hyödyllinen suprajohtavien spintronisten laitteiden kehittämisessä.
Kiinan tiedeakatemian fysiikan instituutin tutkija Guo Erjia ja Kiinan tiedeakatemian akateemikko Jin Kuijuan valmistivat Fe3N/VN-heteroliitoksia safiirialustoille käyttämällä pulssilaserpinnoitustekniikkaa radiotaajuisen typen avulla. (RFN) atomilähteen ja karakterisoi niiden rakenteet. Röntgendiffraktioprofiilit osoittivat, että sekä Fe3N- että VN-kalvot kasvoivat pitkin<111>kiteinen faasi ja sillä oli hyvä kiteinen laatu. Korkean resoluution pyyhkäisytransmissioelektronimikroskoopin tulokset osoittavat, että safiirialustan ja heteroliitosten ja heteroliitoskohtien välisille rajapinnoille on ominaista atomitason tasaisuus, järjestynyt atomijärjestely ja alhainen kemiallinen sekoittuminen. Tässä tutkimuksessa käytettiin sähköistä ja magneettista karakterisointia matalissa lämpötiloissa Fe3N/VN-heteroliitosten resistanssin ja magneettisen momentin karakterisoimiseksi lämpötilan ja magneettikentän funktiona. On havaittu, että Fe3N/VN-heteroliitoksen suprajohtavan siirtymälämpötila laskee noin 1,5 K ja sekä Ginzburg-Landau-koherenssipituus että keskimääräinen vapaa kantama kasvavat noin 20 % ferromagneettisen Fe3N:n vaikutuksesta. Matalakentän ja suprajohtavan siirtymälämpötilan alapuolella Fe3N/VN-heteroliitoksen kyllästysmagneettimomentti, pakkokenttä ja suprajohtavan kriittinen kenttä kasvavat, mikä viittaa siihen, että Fe3N:n lähinaapuriilmiö saattaa aiheuttaa nettomagneettisen momentin VN-rajapinnassa. kerros.
Lisäksi tässä tutkimuksessa käytetään Kiinan hajaneutronilähteen neutronispektrometriä Fe3N/VN-heteroliitosten polarisoituneiden neutroniheijastusspektrien mittaamiseen. On osoitettu, että nettomagneettinen momentti noin 60,3 ± 2,4 kA/m on noin 5 nm:n alueella lähellä rajapintaa VN-kalvossa. Samanaikaisesti tämän magneettisen momentin suunta on linjassa magneettisen momentin suunnan kanssa ferromagneettisissa ohuissa kalvoissa. On havaittu, että VN:n rajapinnalla on nettomagneettinen momentti vain silloin, kun VN on suprajohtavassa tilassa, kuten polarisoidut neutroniheijastusspektrit, joissa on vaihteleva lämpötila ja magneettikenttä, osoittavat. Tämä poikkeava rajapintojen magneettinen ominaisuus eroaa entisestä laista, joka koskee anti-rinnakkaissuuntausta YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3-oksidirajapinnoissa ja seosrajapinnoissa. Ensimmäisten periaatteiden laskelmilla on havaittu, että Fe3N/VN-rajapinnassa on d-orbitaalirekonstruktio ja rajapintojen varauksensiirtoilmiöt, sekä siirtymämetalli-ionien väliset spinit täyttävät Heisenbergin suoran vaihtokytkennän ja kytkentävakio J on noin 4,28 meV . Tämä työ tarkkailee täysin nitridistä koostuvien suprajohtavien/ferromagneettisten heterorajapintojen ainutlaatuista magneettista lähin naapuri-ilmiötä ja on hyödyllinen suprajohtavien spintroniikkalaitteiden rakentamisessa. Työ on ollut avainasemassa suprajohtavien spintroniikkalaitteiden, kuten kolmoissupravirran, rakentamisessa. spinventtiilit ja "π" Josephson-liitokset.
Aiheeseen liittyvät tutkimustulokset julkaistiin National Science Review -lehdessä otsikolla Syntropic spin alignment at the interface ferromagnetic and supraconducting nitrides. Tätä työtä tukivat Kiinan kansallisen keskeisen tutkimus- ja kehitysohjelman "Kvanttisääntely ja kvanttitieto" -erityisprojekti, alueellisen innovaation ja kehityksen yhteisrahasto sekä Kiinan kansallisen luonnontieteiden säätiön alkuperäinen tutkimusohjelma, Stable. Tukiohjelma nuorille perustutkimuksen tiimeille ja Kiinan tiedeakatemian Special Assistantship -ohjelma sekä Kiinan Post doc -stipendiaatti mm.
