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量子材料中的场诱导超导性

2023-12-13 09:51:00  来源:激光网原创    

  当施加的磁场增加或感应出超导性时,就会发生场感应超导性。在发布在《科学进展》上的一份新报告中,约书亚·桑切斯和一组科学家将应力作为场可调超导态和鲁棒非场可调态之间的开关,以标志着具有无限磁阻的应变可调超导自旋阀的首次演示。

  科学家们结合了可调谐的单轴应力,并在铁磁超导体上施加磁场,以改变场感应的零电阻温度。利用X射线衍射和应力下的光谱测量,该团队提出了场诱导超导性的起源,这是由一种称为偶极折叠的新机制引起的。

  通过调整参数以显示它们如何相互作用以推动技术发展,可以在量子材料中的不同电子相之间切换。一个重大发展的领域包括铁磁性和超导性,它们的拮抗相互作用导致不寻常的现象,包括磁涡旋和自旋极化超电流,这些都是节能数据存储的有前途的方法。

  研究人员将注意力集中在围绕超导层的超导自旋阀上,以实现低能量耗散的信息技术。这些技术的发展可能会受到实施它们所需的非常低的温度的限制。

  除了人工异质结构外,少数单晶材料表现出场诱导超导性、熔融掺杂超导体和有机超导体。在这些材料和薄膜超导自旋阀中,零电阻温度低于 1 开尔文,从而限制了它们的实际应用。

  在这些材料中,在薄膜超导自旋阀中,零电阻温度低于 1 开尔文,这可能会限制它们的实际应用。目前,场诱导超导的潜在机制仍有待确定,其中效应可以提高温度。

  在这项工作中,Sanchez等人在施加单轴应力的情况下,在12%共掺杂超导材料中展示了场诱导的超导性。该值提供了任何材料中磁场感应超导性的最高报告温度。掺杂材料以自然生长的薄膜超导自旋阀结构形式存在,具有交替的铁磁层和超导层。

  该团队将同步加速器X射线方法与输运测量相结合,以显示应变调谐能力和场调谐特性作为独立超导性的特征存在。

  Sanchez及其同事将应变可调性与高温和低开关场相结合,为潜在的超导自旋电子学应用创建了一个现有平台。他们进一步进行了密度泛函理论计算,以突出铁磁和反铁磁交换相互作用,以解开与铁磁体共存的奥秘。

  该团队打算探索如何在包括二维系统在内的其他系统中实现这种机制。

  在这些实验中,科学家们在锡通量中生长了含有12%共掺杂材料的单晶,并注意到非化学计量生长成分如何产生具有更高超导转变温度的样品。他们从不同的生长批次中选择样品并制备相同的样品,以更好地比较电阻率的场和应变调谐。在实验过程中,该团队分别通过超导和铁磁温度冷却样品。

  在进行这些测量后,该团队将样品安装到单轴应力装置上,以测量电阻率和应变范围。当他们在固定温度应力下施加磁场时,他们构建了超导应变场可调相图。

  研究小组注意到,在零应变下的温度窗口中,场诱导的超导性是可及的。随着温度的降低,磁矩的增加导致铁磁性对超导性的影响较大。

  为了确定应变和磁场的独立性以调节超导性并解析场感应超导的机制,Sanchez及其同事在施加应变下进行了输运测量,同时在高级光子源上进行了X射线衍射或X射线磁圆二色性。X射线衍射为在荧光模式下研究具有元素特异性磁性信息的铁磁超导体提供了一种强大的方法。

  然后,该团队通过与应变可调向列性和相关铁磁序的竞争有效地调整了超导性。研究小组注意到场诱导的超导性,其中狭窄的应变范围允许场诱导的超导性。此后,为了研究场诱导超导的起源,研究人员同时进行了电阻率和X射线测量,以独立调整超导的参数。

  研究人员将反铁磁母体化合物作为金属矩之间的强双二次相互作用,以表现出较大的磁结构耦合。在这项工作中,研究小组注意到由外部场诱导的塞曼分裂以促进超导性。超导性和铁磁性的共存是相关材料的另一个显著特征。

  通过这种方式,Joshua J Sanchez及其同事通过结合X射线衍射,X射线圆二色性和输运测量,展示了一系列温度之间的场诱导超导性,以显示应变和磁场如何促进独立的调谐旋钮。

  该系统的高可调性导致超导相、向列相和铁磁相同时共存。科学家们预计,在高温超导和铁磁性之间取得完美平衡的材料中,场感应超导温度会更高。

  未来的研究可以通过研究材料通过场可调磁层时的自旋极化程度和自旋三重态配对来评估材料进行超导自旋电子学应用的能力或潜力。

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