Интерфейсът между свръхпроводник (S) и феромагнетик (F) е гореща точка във физиката на кондензираната материя. Междуфазното свързване между двете създава по-интересни физически явления. Магнитният ефект на близкия съсед на S/F интерфейса се причинява от обменното взаимодействие между електронните завъртания от двете страни на интерфейса, което води до потискане на магнитния ред или появата на нетрадиционна свръхпроводимост. Когато магнитен материал е в непосредствена близост до свръхпроводник, магнитното поле навлиза в област от само няколко нанометра в свръхпроводника и унищожава двойките на Купър, което води до пространствени промени в свръхпроводящото поведение на интерфейса и засяга макроскопичните физически свойства на материал от двете страни. Понастоящем свръхпроводящата спинтроника се превърна в нововъзникваща област, която играе важна роля в реализирането на спинова логика и технологии за съхранение без разсейване.
Понастоящем основният механизъм на ефекта на магнитна близост на S/F интерфейса в различни материални системи е противоречив. Преди това беше наблюдавано, че температурата на свръхпроводящ преход осцилира с дебелината на феромагнитния слой в S/F хетеропреходите, съставени от метални сплави, което предполага, че може да има специален режим на предаване на свръхпроводящи вълни на сдвояване в тази система поради силния обмен поле. С разработването на усъвършенствани техники за приготвяне на тънък слой, изследователите започнаха да изучават монокристален оксид S/F хетероинтерфейси като интерфейса високотемпературен свръхпроводник (YBa2Cu3O7)/полуметален феромагнетик (La1-xCaxMnO3) . Установено е, че интерфейсът има намален магнитен момент и спиновия антипаралелизъм на йоните на преходния метал от двете страни на интерфейса и се влияе от електронното състояние на магнитния слой, дебелината на S слоя и не- единна домейн структура. Наблюдавайки потискането на температурата на свръхпроводящия преход, увеличаването на ширината на прехода и свойствата на спин-клапата в S/F хетеропреходите, изследователите откриха, че този конкретен тип интерфейс може да бъде полезен при разработването на свръхпроводящи спинтронични устройства.
Guo Erjia, изследовател в Института по физика, Китайската академия на науките, и Jin Kuijuan, академик в Китайската академия на науките, подготвиха Fe3N/VN хетеропреходи върху сапфирени субстрати, използвайки импулсна лазерна техника за отлагане, подпомагана от радиочестотен азот (RFN) атомен източник и характеризира техните структури. Рентгеновите дифракционни профили показват, че както Fe3N, така и VN филмите растат по протежение на<111>кристална фаза и има добро кристално качество. Резултатите от сканираща трансмисионна електронна микроскопия с висока разделителна способност показват, че интерфейсите между сапфировия субстрат и хетеропреходите и хетеропреходите се характеризират с плоскост на атомно ниво, подредено атомно подреждане и ниско химическо смесване. Това изследване използва електрическа и магнитна характеристика при ниски температури, за да характеризира съпротивлението и магнитния момент на хетеропреходите Fe3N/VN като функция на температурата спрямо магнитното поле. Установено е, че температурата на свръхпроводящ преход на хетеропрехода Fe3N/VN намалява с около 1,5 K, а дължината на кохерентност на Гинзбург-Ландау и средният свободен обхват се увеличават с около 20%, повлияни от феромагнитния Fe3N. Под ниското поле и температурата на свръхпроводящ преход, магнитният момент на насищане, коерцитивното поле и свръхпроводящото критично поле на хетеропрехода Fe3N/VN се увеличават, което предполага, че може да има нетен магнитен момент, въведен от ефекта на близкия съсед на Fe3N в интерфейса на VN слой.
Освен това, това изследване използва неутронния спектрометър на източника на разпръснати неутрони в Китай за измерване на спектрите на поляризирано неутронно отражение на хетеропреходите Fe3N/VN. Показано е, че нетен магнитен момент от около 60,3 ± 2,4 kA/m съществува в областта от около 5 nm близо до интерфейса във VN филма. В същото време посоката на този магнитен момент е подравнена с посоката на магнитния момент във феромагнитните тънки филми. Установено е, че интерфейсът на VN има нетен магнитен момент само когато VN е в свръхпроводящо състояние, както е показано от спектрите на отражение на поляризирани неутрони с променлива температура и магнитно поле. Тази аномална междинна магнитна характеристика е различна от предишния закон за антипаралелно подравняване на въртене при YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 интерфейси на оксид и интерфейси на сплави. Установено е чрез изчисления на първи принципи, че интерфейсът Fe3N/VN има d-орбитална реконструкция и явления на междуфазов пренос на заряд, както и завъртанията между йони на преходни метали удовлетворяват директното обменно свързване на Хайзенберг и константата на свързване J е около 4,28 meV . Тази работа наблюдава уникалния магнитен ефект на най-близкия съсед на изцяло нитридните свръхпроводящи/феромагнитни хетероинтерфейси и е полезна за конструирането на свръхпроводящи спинтронни устройства в спинови вентили и "π" Джоузефсонови преходи.
Резултатите от свързаните изследвания бяха публикувани в National Science Review под заглавието Syntropic spin alignment at the interface between ferromagnetic and superconducting nitrides. Тази работа беше подкрепена от специалния проект „Квантово регулиране и квантова информация“ на Националната ключова програма за научни изследвания и развитие на Китай, Съвместния фонд за регионални иновации и развитие и Първоначалната изследователска програма на Националната природонаучна фондация на Китай, Stable Програма за подпомагане на млади екипи във фундаментални изследвания и специалната програма за асистенти на Китайската академия на науките и постдокторантската стипендия на Китай, между другото.
