Feltinduceret superledning i kvantematerialer

Tyndfilm-superledning

Inden for disse materialer og inden for tyndfilms superledende spin-ventiler er nul-modstandstemperaturen under 1 Kelvin, hvilket kan begrænse deres praktiske anvendelser. På nuværende tidspunkt er de underliggende mekanismer for feltinduceret superledning endnu ikke fastlagt, hvor effekten kan øge temperaturen.

I dette arbejde har Sanchez et al. viste felt-induceret superledning i 12% co-doterede superledende materialer med varierende temperatur, med påført enakset spænding. Værdien gav den højeste rapporterede temperatur af magnetfelt-induceret superledning i ethvert materiale. De doterede materialer eksisterede som en naturligt dyrket tyndfilm superledende spin-ventilarkitektur med skiftende ferromagnetiske og superledende lag.

Holdet kombinerede synkrotron røntgenmetoder med transportmålinger for at vise, at belastningsjusteringskapacitet og feltjusteringsegenskaber eksisterer som træk ved uafhængig superledning.

Sanchez og kolleger kombinerede strain tunability med høj temperatur og lave switching felter for at skabe en eksisterende platform for potentielle superledende spintronics applikationer. De udførte yderligere tæthedsfunktionsteoriberegninger for at fremhæve ferromagnetiske og antiferromagnetiske udvekslingsinteraktioner for at løse mysteriet med at eksistere sammen med ferromagneter.

Holdet har til hensigt at undersøge, hvordan denne mekanisme kan realiseres i andre systemer, herunder todimensionelle systemer.

Felt-induceret superledningsevne

Under disse eksperimenter dyrkede forskerne enkeltkrystaller med 12% co-doterede materialer i tinflux og bemærkede, hvordan den ikke-støkiometriske vækstsammensætning gav prøver med øgede superledende overgangstemperaturer. De udvalgte prøver fra forskellige vækstbatcher og forberedte dem identisk for bedre at sammenligne felt- og belastningsjustering af resistivitet. Under eksperimenterne afkølede holdet prøverne gennem henholdsvis superledende og ferromagnetiske temperaturer.

Efter at have udført disse målinger monterede holdet prøven på en enakset spændingsenhed for at måle resistiviteten og belastningsområdet. Da de anvendte feltet ved fast temperaturspænding, konstruerede de et fasediagram, der kan indstilles i felt af superledningsspænding.

Forskerholdet bemærkede tilgængeligheden af ​​den feltinducerede superledning i et temperaturvindue under nulbelastning. Efterhånden som temperaturen faldt, førte det stigende magnetiske moment til, at ferromagnetisme havde en større indflydelse på superledning.

Straining og magnetisk felt – indstillingsknapperne for superledning

For at identificere uafhængigheden af ​​belastning og magnetfelt for at indstille superledning og løse mekanismen for feltinduceret superledning, udførte Sanchez og kolleger transportmålinger under påført belastning, samtidig med røntgendiffraktion eller røntgenmagnetisk cirkulær dikroisme ved den avancerede fotonkilde . Røntgendiffraktion gav en kraftfuld metode til at studere ferromagnetiske superledere med elementspecifik magnetisk information under fluorescenstilstand.

Holdet strain-tunede derefter effektivt superledningsevnen gennem sin konkurrence med strain-tunerbar nematicitet og den tilhørende ferromagnetiske orden. Forskerholdet bemærkede feltinduceret superledning, hvor et snævert belastningsområde tillod feltinduceret superledning. For at undersøge oprindelsen af ​​feltinduceret superledning udførte forskerne derefter simultane resistivitets- og røntgenmålinger for uafhængigt at justere parametrene for superledning.

Forskerne inkorporerede den antiferromagnetiske moderforbindelse som en stærk biquadratisk interaktion mellem de metalliske momenter for at manifestere stor magneto-strukturel kobling. I dette arbejde bemærkede holdet Zeeman-spaltning induceret af et eksternt felt for at lette superledning. Sameksistensen af ​​superledning og ferromagnetisme var et andet bemærket træk ved relaterede materialer.

Outlook

På denne måde præsenterede Joshua J Sanchez og kolleger felt-induceret superledning mellem en række temperaturer ved at kombinere røntgendiffraktion, røntgen-cirkulær dikroisme og transportmålinger for at vise, hvordan belastning og magnetfelt muliggjorde uafhængige tuning-knapper.

Systemets høje tunerbarhed resulterede i den samtidige sameksistens af superledende, nematiske og ferromagnetiske faser. Forskerne forventer endnu højere felt-inducerede superledende temperaturer i materialer konstrueret med en perfekt balance mellem højere temperatur superledning og ferromagnetisme.

Fremtidig forskning kunne vurdere et materiales kapacitet eller potentiale til at udføre anvendelser af superledende spintronik ved at studere graden af ​​spinpolarisering og spin-triplet-parring, når det passerer gennem feltjusterbare magnetiske lag.

Flere oplysninger: Joshua J. Sanchez et al., Strain-switchable field-induced superconductivity, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj5200

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

© 2023 Science X Network