|
Сверхпроводимость в квантовых материалах
|
|
|
|
Индуцированная полем сверхпроводимость возникает, когда приложенное магнитное поле увеличивает или индуцирует сверхпроводимость. В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances, Джошуа Дж. Санчес и группа ученых применили стресс как переключение между перестраиваемым полем сверхпроводящим состоянием и устойчивым неперестраиваемым состоянием, чтобы отметить первую демонстрацию перестраиваемого по деформации сверхпроводящего состояния. спиновой клапан с бесконечным магнитосопротивлением. Ученые объединили настраиваемое одноосное напряжение и приложили магнитное поле к ферромагнитному сверхпроводнику, чтобы сместить индуцированную полем температуру нулевого сопротивления. Используя рентгеновскую дифракцию и спектроскопические измерения под напряжением, команда предположила, что полевая сверхпроводимость возникает в результате нового механизма, известного как диполярная складка.
|
|
|
|
В квантовых материалах можно переключаться между отдельными электронными фазами, настраивая параметры, чтобы показать, как они взаимодействуют и стимулируют технологическое развитие. Область значительного развития включает ферромагнетизм и сверхпроводимость, антагонистические взаимодействия которых приводят к необычным явлениям, включая магнитные вихри и спин-поляризованные сверхтоки, как многообещающие методы энергоэффективного хранения данных. Исследователи сосредоточили большое внимание на сверхпроводящих спиновых клапанах, окружающих сверхпроводящий слой, для информационных технологий с низким рассеянием энергии. Развитие таких технологий может быть ограничено очень низкими температурами, необходимыми для их реализации. Помимо искусственных гетероструктур, несколько монокристаллических материалов продемонстрировали индуцированную полем сверхпроводимость, плавление легированных сверхпроводников и органических сверхпроводников. В этих материалах и тонкопленочных сверхпроводящих спиновых клапанах температура нулевого сопротивления ниже 1 Кельвина, что ограничивает их практическое применение.
|
|
|
В этих материалах, а также в тонкопленочных сверхпроводящих спиновых клапанах температура нулевого сопротивления ниже 1 Кельвина, что может ограничивать их практическое применение. В настоящее время еще предстоит определить основные механизмы полевой сверхпроводимости, при которых эффект может повышать температуру. В этой работе Санчес и др. продемонстрировал индуцированную полем сверхпроводимость в 12% солегированных сверхпроводящих материалах с различной температурой и приложенным одноосным напряжением. Это значение обеспечило самую высокую зарегистрированную температуру сверхпроводимости, индуцированной магнитным полем, среди всех материалов. Легированные материалы существовали в виде естественно выращенной тонкопленочной сверхпроводящей структуры спинового клапана с чередующимися ферромагнитными и сверхпроводящими слоями. Команда объединила методы синхротронного рентгеновского излучения с транспортными измерениями, чтобы показать, что способность к настройке деформации и свойства настройки поля существуют как особенности независимой сверхпроводимости.
|
|
|
|
Санчес и его коллеги объединили возможность настройки деформации с высокими температурами и низкими переключающими полями, чтобы создать существующую платформу для потенциальных приложений сверхпроводниковой спинтроники. Далее они выполнили расчеты по теории функционала плотности, чтобы выделить ферромагнитные и антиферромагнитные обменные взаимодействия и разгадать тайну сосуществования с ферромагнетиками. Команда намерена изучить, как этот механизм может быть реализован в других системах, включая двумерные системы. В ходе этих экспериментов ученые вырастили монокристаллы с 12% солегированных материалов в флюсе олова и отметили, как нестехиометрический состав для выращивания дает образцы с повышенными температурами сверхпроводящего перехода. Они выбрали образцы из разных партий выращивания и подготовили их одинаково, чтобы лучше сравнивать настройку удельного сопротивления по полю и деформации. В ходе экспериментов команда охлаждала образцы до сверхпроводящей и ферромагнитной температур соответственно.
|
|
|
|
После проведения этих измерений команда установила образец на одноосное устройство для измерения напряжения, чтобы измерить удельное сопротивление и диапазон деформации. Когда они приложили поле при фиксированном температурном напряжении, они построили фазовую диаграмму деформации сверхпроводимости, настраиваемую полем. Исследовательская группа отметила доступность полевой сверхпроводимости в температурном окне при нулевой деформации. По мере снижения температуры увеличение магнитного момента приводило к тому, что ферромагнетизм стал оказывать большее влияние на сверхпроводимость. Чтобы определить независимость деформации и магнитного поля для настройки сверхпроводимости и выяснения механизма полевой сверхпроводимости, Санчес и его коллеги провели транспортные измерения при приложенной деформации одновременно с дифракцией рентгеновских лучей или рентгеновским магнитным круговым дихроизмом на усовершенствованном источнике фотонов. . Рентгеновская дифракция стала мощным методом исследования ферромагнитных сверхпроводников с магнитной информацией о конкретных элементах в режиме флуоресценции.
|
|
|
|
Затем команда эффективно настраивала сверхпроводимость, конкурируя с настраиваемой нематичностью и связанным с ней ферромагнитным порядком. Исследовательская группа отметила сверхпроводимость, индуцированную полем, тогда как узкий диапазон деформаций допускал сверхпроводимость, индуцированную полем. После этого, чтобы выяснить причину возникновения полевой сверхпроводимости, исследователи провели одновременные измерения удельного сопротивления и рентгеновские лучи, чтобы независимо настроить параметры сверхпроводимости. Исследователи включили антиферромагнитное исходное соединение в виде сильного биквадратного взаимодействия между металлическими моментами, чтобы проявить сильную магнитоструктурную связь. В этой работе команда отметила зеемановское расщепление, вызванное внешним полем, способствующее сверхпроводимости. Сосуществование сверхпроводимости и ферромагнетизма было еще одной заметной особенностью родственных материалов.
|
|
|
|
Таким образом, Джошуа Дж. Санчес и его коллеги представили индуцированную полем сверхпроводимость в диапазоне температур, объединив рентгеновскую дифракцию, рентгеновский круговой дихроизм и транспортные измерения, чтобы показать, как деформация и магнитное поле облегчают независимые ручки настройки. Высокая перестраиваемость системы привела к одновременному сосуществованию сверхпроводящей, нематической и ферромагнитной фаз. Ученые ожидают еще более высоких температур сверхпроводимости, индуцированных полем, в материалах, созданных с идеальным балансом между высокотемпературной сверхпроводимостью и ферромагнетизмом. Будущие исследования могли бы оценить способность или потенциал материала для применения в сверхпроводящей спинтронике путем изучения степени спиновой поляризации и спаривания спин-триплет при прохождении через перестраиваемые полем магнитные слои.
|
|
|
|
Источник
|
