量子材料中的场致超导性

星座作者 / 花爷 / 2025-03-02 21:12
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      当外加磁场增加或诱导超导性时,就会发生场致超导性。在《科学进展》杂志上发表的一篇新报告中,约书亚·j·桑切斯

  

  Field-induced superco<em></em>nductivity in quantum materials

  当外加磁场增加或诱导超导性时,就会发生场致超导性。在《科学进展》杂志上发表的一篇新报告中,约书亚·j·桑切斯和一组科学家应用应力作为场可调超导状态和鲁棒非场可调状态之间的切换,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和在铁磁超导体上施加磁场来改变场诱导的零电阻温度。利用x射线衍射和压力下的光谱测量,研究小组提出了场致超导的起源是一种被称为偶极褶皱的新机制。

  通过调整参数来显示它们如何相互作用以推动技术发展,可以在量子材料中不同的电子相之间切换。一个重要的发展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,包括磁涡流和自旋极化超电流,作为节能数据存储的有前途的方法。

  围绕超导层的超导自旋阀是低能量耗散信息技术的研究热点。这些技术的发展可能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致超导性、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。

  Field-induced superco<em></em>nductivity in quantum materials

  薄膜superconductance

  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,这限制了它们的实际应用。目前,场致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,显示了12%共掺杂超导材料在不同温度下的场致超导性。该值提供了在任何材料中磁场诱导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存在,具有铁磁层和超导层交替。

  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低开关场结合起来,为潜在的超导自旋电子学应用创造了一个现有的平台。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,以解决与铁磁体共存的谜团。

  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,科学家们在锡熔剂中培养了含有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超导转变温度升高的样品。他们从不同的生长批次中选择样品并进行相同的制备,以便更好地比较电阻率的场和应变调谐。在实验过程中,研究小组分别通过超导和铁磁温度冷却样品。

  Field-induced superco<em></em>nductivity in quantum materials

  在进行这些测量后,研究小组将样品安装在单轴应力装置上,以测量电阻率和应变范围。当他们在固定温度应力下施加电场时,他们构建了超导应变场可调相图。

  研究小组注意到,在零应变的温度窗下,场致超导性的可及性。随着温度的降低,磁矩的增加导致铁磁性对超导性的影响更大。

  为了确定应变和磁场的独立性来调节超导性,并解决场致超导性的机制,Sanchez和同事在Advanced光子源下进行了施加应变下的输运测量,同时进行了x射线衍射或x射线磁圆二色。在荧光模式下,x射线衍射为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有力的方法。

  然后,该团队通过与应变可调向列性和相关铁磁顺序的竞争,有效地对超导性进行应变调节。研究小组注意到场诱导超导,在狭窄的应变范围允许场诱导超导。此后,为了研究场致超导的起源,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。

  Field-induced superco<em></em>nductivity in quantum materials

  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,以表现出大的磁-结构耦合。在这项工作中,研究小组注意到由外场诱导的塞曼分裂促进了超导性。超导性和铁磁性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,展示了在一定温度范围内的场致超导性,以显示应变和磁场如何促进独立调谐旋钮。

  系统的高可调性导致超导相、向列相和铁磁相同时共存。科学家们期望在高温超导性和铁磁性之间达到完美平衡的材料中出现更高的场致超导温度。

  未来的研究可以通过研究自旋极化程度和自旋三重态配对来评估材料在超导自旋电子学应用中的能力或潜力。

  ?2023 Science X Network

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