Fältinducerad supraledning uppstår när ett applicerat magnetfält ökar eller inducerar supraledning. I en ny rapport publicerad i Science Advances , Joshua J. Sanchez och ett team av forskare tillämpade stress som en växling mellan ett fältavstämbart supraledande tillstånd och ett robust icke-fältavstämbart tillstånd, för att markera den första demonstrationen av en töjningsavstämbar, supraledande spinnventil med oändlig magnetoresistans.
Forskarna kombinerade avstämbar enaxlig spänning och applicerade ett magnetfält på den ferromagnetiska supraledaren för att ändra den fältinducerade nollresistanstemperaturen. Med hjälp av röntgendiffraktion och spektroskopimätningar under stress föreslog teamet ursprunget till fältinducerad supraledning som ett resultat av en ny mekanism som kallas det dipolära vecket.
Det är möjligt att växla mellan distinkta elektroniska faser i kvantmaterial genom att justera parametrarna för att visa hur de samverkar för att driva den tekniska utvecklingen. Ett område med betydande utveckling inkluderar ferromagnetism och supraledning, vars antagonistiska interaktioner leder till ovanliga fenomen inklusive magnetiska virvlar och spinnpolariserade superströmmar som lovande metoder för energieffektiv datalagring.
Forskare har fokuserat mycket på supraledande spinnventiler som omger ett supraledande skikt, för informationsteknologier med låg energiförlust. Utvecklingen av sådana tekniker kan begränsas av de mycket låga temperaturer som krävs för att implementera dem.
Bortsett från artificiella heterostrukturer visade en handfull enkristallmaterial fältinducerad supraledning, smältande dopade supraledare och organiska supraledare. I dessa material och tunnfilmssupraledande spinnventiler är nollresistanstemperaturen under 1 Kelvin, vilket begränsar deras praktiska tillämpningar.
Tunnfilmssupraledning
Inom dessa material, och inom tunnfilms supraledande spinnventiler, är nollresistanstemperaturen under 1 Kelvin, vilket kan begränsa deras praktiska tillämpningar. För närvarande återstår de underliggande mekanismerna för fältinducerad supraledning att fastställa, där effekten kan öka temperaturen.
I detta arbete har Sanchez et al. visade fältinducerad supraledning i 12 % samdopade supraledande material med varierande temperatur, med applicerad enaxlig spänning. Värdet gav den högsta rapporterade temperaturen för magnetfältsinducerad supraledning i något material. De dopade materialen existerade som en naturligt odlad tunnfilmssupraledande spinnventilarkitektur, med alternerande ferromagnetiska och supraledande skikt.
Teamet kombinerade synkrotronröntgenmetoderna med transportmätningar för att visa att töjningsavstämningskapacitet och fältavstämningsegenskaper existerar som egenskaper för oberoende supraledning.
Sanchez och kollegor kombinerade töjbarhet med hög temperatur och låga kopplingsfält för att skapa en befintlig plattform för potentiella supraledande spintronikapplikationer. De utförde vidare beräkningar av densitetsfunktionsteori för att belysa ferromagnetiska och antiferromagnetiska utbytesinteraktioner för att lösa mysteriet med att samexistera med ferromagneter.
Teamet har för avsikt att utforska hur denna mekanism kan realiseras i andra system inklusive tvådimensionella system.
Under dessa experiment odlade forskarna enkristaller med 12% samdopade material i tennflöde och noterade hur den icke-stökiometriska tillväxtkompositionen gav prover med ökade supraledande övergångstemperaturer. De valde ut prover från olika tillväxtsatser och förberedde dem identiskt för att bättre jämföra fält- och töjningsjustering av resistivitet. Under experimenten kylde teamet proverna genom supraledande respektive ferromagnetiska temperaturer.
Efter att ha utfört dessa mätningar monterade teamet provet på en enaxlig spänningsanordning för att mäta resistiviteten och töjningsintervallet. När de applicerade fältet vid fast temperaturpåkänning, konstruerade de ett fältjusterbart fasdiagram för supraledningstöjning.
Forskargruppen noterade tillgängligheten av den fältinducerade supraledningsförmågan i ett temperaturfönster under nollbelastning. När temperaturen sjönk ledde det ökande magnetiska momentet till att ferromagnetism fick ett större inflytande på supraledning.
För att identifiera töjningens och magnetfältets oberoende för att justera supraledning och lösa mekanismen för fältinducerad supraledning, genomförde Sanchez och kollegor transportmätningar under applicerad töjning, samtidigt med röntgendiffraktion eller röntgenmagnetisk cirkulär dikroism vid den avancerade fotonkällan . Röntgendiffraktion gav en kraftfull metod för att studera ferromagnetiska supraledare med elementspecifik magnetisk information, i fluorescensläge.
Teamet töjde sedan effektivt supraledningsförmågan genom sin konkurrens med töjningsjusterbar nematicitet och den tillhörande ferromagnetiska ordningen. Forskargruppen noterade fältinducerad supraledning där ett smalt töjningsintervall möjliggjorde fältinducerad supraledning. Därefter, för att undersöka ursprunget till fältinducerad supraledning, utförde forskarna samtidiga resistivitets- och röntgenmätningar för att oberoende ställa in parametrarna för supraledning.
Forskarna inkorporerade den antiferromagnetiska moderföreningen som en stark biquadratisk interaktion mellan de metalliska momenten för att manifestera stor magneto-strukturell koppling. I detta arbete noterade teamet Zeeman-splittring inducerad av ett externt fält för att underlätta supraledning. Samexistensen av supraledning och ferromagnetism var en annan uppmärksammad egenskap hos relaterade material.
På detta sätt presenterade Joshua J Sanchez och kollegor fältinducerad supraledning mellan en rad temperaturer genom att kombinera röntgendiffraktion, röntgencirkulär dikroism och transportmätningar för att visa hur töjning och magnetfält underlättade oberoende avstämningsrattar.
Systemets höga inställningsförmåga resulterade i den samtidiga samexistensen av supraledande, nematiska och ferromagnetiska faser. Forskarna förväntar sig ännu högre fältinducerade supraledande temperaturer i material konstruerade med en perfekt balans mellan högre temperatursupraledning och ferromagnetism.
Framtida forskning skulle kunna bedöma ett materials kapacitet eller potential att utföra tillämpningar av supraledande spintronik genom att studera graden av spinnpolarisation och spin-triplettparning när det passerar genom fältavstämbara magnetiska lager.
Mer information: Joshua J. Sanchez et al, Strain-switchable field-induced superconductivity, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj5200
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
© 2023 Science X Network
