Superledning (Tc) supraledning utvecklas vanligtvis från antiferromagnetiska isolatorer, och supraledning och ferromagnetism är alltid ömsesidigt uteslutande. Nyligen, Xianhui Chens grupp vid University of Science and Technology i Kina observerade en elektrisk fältstyrd reversibel övergång från superledare till ferromagnetisk isolator i (Li, Fe) OHFeSe tunn flinga. Detta arbete erbjuder en unik plattform för att studera sambandet mellan supraledning och ferromagnetism i Fe-baserade supraledare och kan ge en aning om att förstå elektronparningsmekanismen utöver konventionell elektron-fonon supraledning.

Förhållandet mellan supraledning och magnetism är nyckeln till att förstå elektronparningsmekanismen utöver konventionell elektron-fonon supraledning. Att styra magnetismen nära det superledande området kan förklara de konkurrerande eller sammanflätade elektroniska tillstånden i superledande och magnetiska faser. Modulerande bärartäthet via fältelektriska transistorer (FET) är ett av de mest effektiva sätten att manipulera de kollektivt ordnade elektroniska tillstånden i kondenserad fysik. Dock, bara bärarkoncentrationen på materialytan kan justeras med konventionell grindteknik och kontroll av laddningstätheten i massan plågas på grund av Thomas-Fermi-screening. Nyligen, en ny typ av FET har utvecklats med solid ion conductor (SIC) som gate dielektrikum. I en sådan SIC-FET, det elektriska fältet kan inte bara ställa in bärartätheten för att inducera elektroniska fasövergångar, men driver också joner till en kristall för att omvandla den från en kristallin fas till en annan.

Med denna nyutvecklade grindteknik, Xianhui Chens grupp vid University of Science and Technology i Kina observerade en elektrisk fältstyrd reversibel övergång från superledare till ferromagnetisk isolator i (Li, Fe) OHFeSe tunn flinga. Med SIC-FET, Li -joner kan drivas in i eller extraheras ur (Li, Fe) OHFeSe tunn fling med elektrisk fält. När Li -jonerna initialt drivs in i den tunna flingan, Li -joner ersätter Fe i hydroxidlagren och Fe -jonerna som drivs ut av Li kan migrera bort från hydroxidlagren för att fylla vakanserna i selenidlagren. När vakanserna är besatta, den tunna flingan uppnår den optimala Tc ~ 43 K. Med ytterligare Li -injektion, Fe -jonerna extruderade från hydroxidlagren migrerar till de interstitiella platserna, och sedan blir de interstitiella Fe-jonerna ordnade och leder så småningom till en ferromagnetisk ordning på långt avstånd. Så, en kupolformad supraledande fas med optimal Tc (=43 K) ställs kontinuerligt in i en ferromagnetisk isoleringsfas, som uppvisar ett elektriskt fältstyrt kvantkritiskt beteende. Enheten är tillverkad på en solid jonledare, som reversibelt kan manipulera kollektivt beställda elektroniska tillstånd i materialen och stabilisera nya metastabila strukturer med hjälp av elektriska fält. Detta arbete banar ett sätt att komma åt metastabila faser och för att kontrollera strukturell fasomvandling samt fysiska egenskaper av det elektriska fältet.

Dessa överraskande fynd erbjuder en unik plattform för att studera sambandet mellan supraledning och ferromagnetism hos Fe-baserade supraledare. Detta arbete visar också SIC-FET:s överlägsna prestanda när det gäller att reglera de fysikaliska egenskaperna hos skiktade kristaller och dess potentiella tillämpningar för multifunktionella enheter.