Den spinnpolariserade kromspetsen (Cr) skannas över det supraledande området av C 2 magnetism, representeras i bakgrunden (bildens högra och nedre områden) med elektronpar som visas som kopplade röda sfärer. Precis under spetsen, den spinnpolariserade strömmen inducerar lokalt C 4 antiferromagnetisk ordning (illustrerad med gula och blå plaketter), som förblir stabilt som visas registrerat i spåret av spetsen till vänster. Å andra sidan, C 4 ordning kan raderas när området värmebehandlas över en specifik högre temperatur. Eftersom snurrfluktuationerna för denna C 4 ordningen kan inte stödja elektronparning i den typiska FeAs-bandstrukturen, supraledningsförmågan undertrycks, som illustreras med de brutna elektronparen i plakettområdet. Kredit:Jhinhwan Lee
En grupp forskare från institutioner i Korea och USA har bestämt hur man använder en typ av elektronmikroskopi för att få regioner inom en järnbaserad supraledare att växla mellan supraledande och icke-supraledande stater. Den här studien, publicerad i 1 december upplagan av Fysiska granskningsbrev , är den första i sitt slag, och det öppnar en dörr till ett nytt sätt att manipulera och lära sig om supraledare.
De järnbaserade supraledarna, varav en studerades i detta arbete, är en av flera klasser av dessa fascinerande material, som har förmågan att leda elektricitet med praktiskt taget noll motstånd under en viss temperatur. Forskare arbetar fortfarande på de komplexa detaljerna på atomnivå som ligger till grund för dessa materials elektroniska och magnetiska beteenden. De järnbaserade materialen, särskilt, är kända för att visa spännande fenomen relaterade till samexisterande supraledande och magnetiska tillstånd.
Här, forskare studerade en förening som består av strontium (Sr), vanadin (V), syre (O), järn (Fe), och arsenik (As), med en struktur bestående av alternerande FeAs och Sr 2 VO 3 skikten. De undersökte dess magnetiska och elektroniska egenskaper med ett spin-polariserat scanning tunneling microscope (SPSTM), en anordning som för en atomärt vass metallspets – bara några atomer bred – över ytan på ett prov. Spetsen och provet berörs inte utan förs i kvantskala närhet till varandra så att en förspänning som appliceras mellan dem gör att en ström flyter mellan spetsen och provet. I detta fall, strömmen är spinnpolariserad, vilket betyder att dess elektroner tenderar att ha samma spinn – det lilla magnetfältet som bärs av en elektron som pekar antingen "upp" eller "nedåt, "som en stångmagnet.
Vanligtvis, detta materials FeAs-skikt är starkt supraledande och föredrar en viss magnetisk ordning, döpt till C 2 beställa, som hänvisar till hur magnetfälten hos dess atomer (som beror, i tur och ordning, till elektronspinn) är arrangerade. Resultaten av SPSTM-skanningen visar att den injicerade spinnpolariserade strömmen, när det är tillräckligt högt, inducerar en annan magnetisk ordning, C 4 beställa, i FeAs-skiktet. I samma lokalområde, supraledning försvinner på något magiskt sätt.
"Så vitt vi vet, vår studie är den första rapporten av en direkt observation i verkliga rymden av denna typ av kontroll av en lokal sond, såväl som den första demonstrationen i atomär skala av korrelationen mellan magnetism och supraledning, sa tidningens motsvarande författare, Jhinhwan Lee, en fysiker vid Korea Advanced Institute of Science and Technology, till Phys.org .
Lee och hans grupp introducerade nya sätt att utföra SPSTM med hjälp av en antiferromagnetisk krom (Cr) spets. En antiferromagnet är ett material där magnetfälten i dess atomer är ordnade i ett alternerande upp-ned-mönster så att det har ett minimalt strömagnetiskt fält som oavsiktligt kan döda lokal supraledning (vilket kan hända med ferromagnetiska spetsar, såsom Fe-tips, som andra SPSTM-forskare använder). De jämförde dessa Cr-spetsskanningar med de som tagits med en opolariserad volframspets (W). Vid låga förspänningar, ytskanningarna var kvalitativt identiska. Men när spänningen ökades med Cr-spetsen, ytan började förändras, avslöjar C 4 magnetisk symmetri. C 4 ordning kvar även när spänningen sänktes igen, även om raderades när den termiskt glödgades (värmebehandlades) över en specifik temperatur över vilken eventuell magnetisk ordning i FeAs-skiktet försvinner.
Att studera sambandet mellan C 4 magnetisk ordning och undertryckande av supraledning, Lee och hans grupp utförde högupplösta SPSTM-skanningar av C 4 ange med Cr-spetsar och jämförde dem med simuleringar. Resultaten fick dem att föreslå en möjlig förklaring:att lågenergispinfluktuationerna i C 4 tillstånd kan inte förmedla parning mellan elektroner. Detta är avgörande eftersom denna sammankoppling av elektroner, trotsar sin naturliga drift att stöta bort varandra, leder till supraledning.
Spin-fluktuationsbaserad parning är en teori om elektronparning i järnbaserade supraledare; en annan uppsättning teorier antar att fluktuationer i elektronorbitaler är nyckeln. Lee och hans grupp tror att deras resultat verkar stödja det förra, åtminstone i denna supraledare.
"Våra fynd kan utvidgas till framtida studier där magnetism och supraledning manipuleras med spin-polariserade och opolariserade strömmar, vilket leder till nya antiferromagnetiska minnesenheter och transistorer som kontrollerar supraledning, " sa Lee.
© 2017 Phys.org
