Η διεπαφή μεταξύ υπεραγωγού (S) και σιδηρομαγνήτη (F) είναι ένα καυτό σημείο στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης. Η διεπιφανειακή σύζευξη μεταξύ των δύο παράγει πιο ενδιαφέροντα φυσικά φαινόμενα. Το μαγνητικό φαινόμενο κοντινού γείτονα στη διεπιφάνεια S/F προκαλείται από την αλληλεπίδραση ανταλλαγής μεταξύ των σπιν ηλεκτρονίων και στις δύο πλευρές της διεπαφής, που οδηγεί στην καταστολή της μαγνητικής τάξης ή η εμφάνιση της μη συμβατικής υπεραγωγιμότητας. Όταν ένα μαγνητικό υλικό βρίσκεται κοντά σε έναν υπεραγωγό, το μαγνητικό πεδίο εισέρχεται σε μια περιοχή μόνο λίγων νανόμετρων μέσα στον υπεραγωγό και καταστρέφει ζεύγη Cooper, με αποτέλεσμα χωρικές αλλαγές στην υπεραγώγιμη συμπεριφορά της διεπαφής και επηρεάζοντας τις μακροσκοπικές φυσικές ιδιότητες του υλικό και από τις δύο πλευρές. Επί του παρόντος, η υπεραγώγιμη σπιντρονική έχει γίνει ένα αναδυόμενο πεδίο που διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην υλοποίηση της λογικής και των τεχνολογιών αποθήκευσης χωρίς διασπορά.
Επί του παρόντος, ο υποκείμενος μηχανισμός του φαινομένου μαγνητικής εγγύτητας στη διεπαφή S/F σε διαφορετικά συστήματα υλικών είναι αμφιλεγόμενος. Προηγουμένως, είχε παρατηρηθεί ότι η υπεραγώγιμη θερμοκρασία μετάπτωσης ταλαντώνεται με το πάχος του σιδηρομαγνητικού στρώματος σε ετεροσυνδέσεις S/F που αποτελούνται από κράματα μετάλλων, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να υπάρχει ένας ειδικός τρόπος μετάδοσης υπεραγώγιμων κυμάτων ζευγαρώματος σε αυτό το σύστημα λόγω της ισχυρής ανταλλαγής πεδίο. Με την ανάπτυξη προηγμένων τεχνικών προετοιμασίας λεπτής μεμβράνης, οι ερευνητές άρχισαν να μελετούν ετεροδιεπαφές μονοκρυσταλλικού οξειδίου S/F, όπως η διεπαφή υπεραγωγού υψηλής θερμοκρασίας (YBa2Cu3O7)/πολωμένος με περιστροφή ημιμεταλλικού σιδηρομαγνήτη (La1-xCaxMnO3) . Βρέθηκε ότι η διεπαφή έχει μειωμένη μαγνητική ροπή και τον αντιπαραλληλισμό σπιν των ιόντων μετάλλου μετάπτωσης και στις δύο πλευρές της διεπαφής και επηρεάζεται από την ηλεκτρονική κατάσταση του μαγνητικού στρώματος, το πάχος του στρώματος S και το μη ομοιόμορφη δομή τομέα. Παρατηρώντας την καταστολή της υπεραγώγιμης θερμοκρασίας μετάβασης, την αύξηση του πλάτους μετάβασης και τις ιδιότητες βαλβίδας σπιν σε ετεροσυνδέσεις S/F, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτός ο συγκεκριμένος τύπος διεπαφής θα μπορούσε να είναι ευεργετικός στην ανάπτυξη υπεραγώγιμων σπιντρονικών συσκευών.
Ο Guo Erjia, ερευνητής στο Ινστιτούτο Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, και ο Jin Kuijuan, ακαδημαϊκός στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, ετοίμασαν ετεροσυνδέσεις Fe3N/VN σε υποστρώματα ζαφείρι χρησιμοποιώντας μια τεχνική εναπόθεσης παλμικού λέιζερ με τη βοήθεια αζώτου ραδιοσυχνότητας (RFN) ατομική πηγή, και χαρακτήρισε τις δομές τους. Τα προφίλ περίθλασης ακτίνων Χ έδειξαν ότι αμφότερα τα φιλμ Fe3N και VN αναπτύχθηκαν κατά μήκος του<111>κρυσταλλική φάση και είχε καλή κρυσταλλική ποιότητα. Τα αποτελέσματα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης σάρωσης υψηλής ευκρίνειας δείχνουν ότι οι διεπαφές μεταξύ του υποστρώματος ζαφείρι και των ετεροσυνδέσεων και ετεροσυνδέσεων χαρακτηρίζονται από επιπεδότητα ατομικού επιπέδου, διατεταγμένη ατομική διάταξη και χαμηλή χημική ανάμειξη. Αυτή η μελέτη χρησιμοποίησε ηλεκτρικό και μαγνητικό χαρακτηρισμό σε χαμηλές θερμοκρασίες για να χαρακτηρίσει την αντίσταση και τη μαγνητική ροπή των ετεροσυνδέσεων Fe3N/VN ως συνάρτηση της θερμοκρασίας έναντι του μαγνητικού πεδίου. Βρέθηκε ότι η υπεραγώγιμη θερμοκρασία μετάπτωσης της ετεροσύνδεσης Fe3N/VN μειώνεται κατά περίπου 1,5 Κ και τόσο το μήκος συνοχής Ginzburg-Landau όσο και η μέση ελεύθερη εμβέλεια αυξάνονται κατά περίπου 20%, επηρεαζόμενα από το σιδηρομαγνητικό Fe3N. Κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασης χαμηλού πεδίου και υπεραγώγιμου, η μαγνητική ροπή κορεσμού, το πεδίο καταναγκασμού και το υπεραγώγιμο κρίσιμο πεδίο της ετεροσύνδεσης Fe3N/VN αυξάνονται, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να υπάρχει μια καθαρή μαγνητική ροπή που εισάγεται από το φαινόμενο Fe3N κοντινού γείτονα στη διεπιφάνεια VN στρώμα.
Περαιτέρω, αυτή η μελέτη χρησιμοποιεί το φασματόμετρο νετρονίων της Πηγής Σκεπασμένων Νετρονίων της Κίνας για τη μέτρηση των φασμάτων ανάκλασης πολωμένων νετρονίων των ετεροσυνδέσεων Fe3N/VN. Αποδεικνύεται ότι μια καθαρή μαγνητική ροπή περίπου 60,3 ± 2,4 kA/m υπάρχει στην περιοχή περίπου 5 nm κοντά στη διεπαφή στο φιλμ VN. Ταυτόχρονα, η κατεύθυνση αυτής της μαγνητικής ροπής ευθυγραμμίζεται με την κατεύθυνση της μαγνητικής ροπής σε σιδηρομαγνητικά λεπτά φιλμ. Βρέθηκε ότι η διεπαφή του VN έχει καθαρή μαγνητική ροπή μόνο όταν το VN είναι σε υπεραγώγιμη κατάσταση, όπως υποδεικνύεται από τα φάσματα ανάκλασης πολωμένων νετρονίων με μεταβλητή θερμοκρασία και μαγνητικό πεδίο. Αυτό το ανώμαλο μαγνητικό χαρακτηριστικό διεπιφανείας είναι διαφορετικό από τον προηγούμενο νόμο της ευθυγράμμισης αντιπαράλληλης περιστροφής στις διεπαφές οξειδίου YBa2Cu3O7/La{10}}xCaxMnO3 και τις διεπαφές κράματος. Βρέθηκε από τους υπολογισμούς των πρώτων αρχών ότι η διεπαφή Fe3N/VN έχει φαινόμενα ανακατασκευής d-τροχιακής και διεπιφανειακής μεταφοράς φορτίου, καθώς και οι περιστροφές μεταξύ ιόντων μετάλλων μετάπτωσης ικανοποιούν τη σύζευξη άμεσης ανταλλαγής Heisenberg και η σταθερά σύζευξης J είναι περίπου 4,28 meV . Αυτή η εργασία παρατηρεί τη μοναδική μαγνητική επίδραση του πλησιέστερου γείτονα των υπεραγώγιμων/σιδηρομαγνητικών ετεροδιεπαφών με όλα τα νιτρίδια, και είναι χρήσιμη για την κατασκευή των υπεραγώγιμων συσκευών σπιντρονικών στο. βαλβίδες περιστροφής και κόμβοι "π" Josephson.
Τα σχετικά ερευνητικά αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο National Science Review με τον τίτλο Syntropic spin alignment στη διεπαφή μεταξύ σιδηρομαγνητικών και υπεραγώγιμων νιτριδίων. Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Ειδικό Έργο "Quantum Regulation and Quantum Information" του Εθνικού Βασικού Προγράμματος Έρευνας και Ανάπτυξης της Κίνας, του Κοινού Ταμείου Περιφερειακής Καινοτομίας και Ανάπτυξης και του Πρωτότυπου Προγράμματος Εξερεύνησης του Εθνικού Ιδρύματος Φυσικών Επιστημών της Κίνας, του Stable Πρόγραμμα Υποστήριξης Νέων Ομάδων στη Βασική Έρευνα και το Ειδικό Πρόγραμμα Βοηθών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, και η Μεταδιδακτορική Υποτροφία της Κίνας, μεταξύ άλλων.
