Antarmuka antara superkonduktor (S) dan feromagnet (F) merupakan titik panas dalam fisika benda terkondensasi. Kopling antarmuka antara keduanya menghasilkan fenomena fisik yang lebih menarik. Efek tetangga dekat magnetik pada antarmuka S/F disebabkan oleh interaksi pertukaran antara spin elektron di kedua sisi antarmuka, yang mengarah pada penekanan tatanan magnetik atau munculnya superkonduktivitas yang tidak konvensional. Ketika material magnetik berada dalam jarak dekat dengan superkonduktor, medan magnet memasuki wilayah hanya beberapa nanometer di dalam superkonduktor dan menghancurkan pasangan Cooper, yang mengakibatkan perubahan spasial dalam perilaku superkonduktor antarmuka dan memengaruhi sifat fisik makroskopis material di kedua sisi. Saat ini, spintronik superkonduktor telah menjadi bidang baru yang memainkan peran penting dalam mewujudkan logika spin bebas disipasi dan teknologi penyimpanan.
Saat ini, mekanisme dasar efek kedekatan magnetik pada antarmuka S/F dalam berbagai sistem material masih kontroversial. Sebelumnya, telah diamati bahwa suhu transisi superkonduktor berosilasi dengan ketebalan lapisan feromagnetik dalam heterojunction S/F yang terdiri dari paduan logam, yang menunjukkan bahwa mungkin ada mode transmisi khusus gelombang pasangan superkonduktor dalam sistem ini karena medan pertukaran yang kuat. Dengan pengembangan teknik preparasi lapisan tipis yang canggih, para peneliti telah mulai mempelajari heterointerface S/F oksida kristal tunggal seperti antarmuka superkonduktor suhu tinggi (YBa2Cu3O7)/feromagnet semimetalik terpolarisasi spin (La1-xCaxMnO3). Ditemukan bahwa antarmuka memiliki momen magnetik yang berkurang dan antiparalelisme spin ion logam transisi di kedua sisi antarmuka, dan dipengaruhi oleh keadaan elektronik lapisan magnetik, ketebalan lapisan S, dan struktur domain yang tidak seragam. Dengan mengamati penekanan suhu transisi superkonduktor, peningkatan lebar transisi, dan sifat katup spin dalam heterojunction S/F, para peneliti menemukan bahwa jenis antarmuka khusus ini dapat bermanfaat dalam pengembangan perangkat spintronik superkonduktor.
Guo Erjia, seorang peneliti di Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, dan Jin Kuijuan, seorang akademisi di Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, menyiapkan heterojunction Fe3N/VN pada substrat safir menggunakan teknik pengendapan laser berdenyut yang dibantu oleh sumber atom nitrogen frekuensi radio (RFN), dan mengkarakterisasi strukturnya. Profil difraksi sinar-X menunjukkan bahwa film Fe3N dan VN tumbuh di sepanjang<111>fase kristal dan memiliki kualitas kristal yang baik. Hasil mikroskop transmisi elektron pemindaian resolusi tinggi menunjukkan bahwa antarmuka antara substrat safir dan heterojunctions dan heterojunctions dicirikan oleh kerataan tingkat atom, susunan atom yang teratur dan pencampuran kimia yang rendah. Penelitian ini menggunakan karakterisasi listrik dan magnetik pada suhu rendah untuk mengkarakterisasi resistansi dan momen magnetik heterojunctions Fe3N/VN sebagai fungsi suhu versus medan magnet. Ditemukan bahwa suhu transisi superkonduktor dari heterojunctions Fe3N/VN menurun sekitar 1,5 K, dan panjang koherensi Ginzburg-Landau dan rentang bebas rata-rata meningkat sekitar 20%, dipengaruhi oleh feromagnetik Fe3N. Di bawah medan rendah dan suhu transisi superkonduktor, momen magnetik saturasi, medan koersif, dan medan kritis superkonduktor dari heterojunction Fe3N/VN meningkat, menunjukkan bahwa mungkin ada momen magnetik bersih yang diperkenalkan oleh efek tetangga dekat Fe3N di lapisan antarmuka VN.
Lebih lanjut, penelitian ini menggunakan spektrometer neutron dari China Scattered Neutron Source untuk mengukur spektrum refleksi neutron terpolarisasi dari heterojunction Fe3N/VN. Ditunjukkan bahwa momen magnetik netto sekitar 60,3 ± 2,4 kA/m ada di wilayah sekitar 5 nm dekat antarmuka dalam film VN. Pada saat yang sama, arah momen magnetik ini sejajar dengan arah momen magnetik dalam film tipis feromagnetik. Ditemukan bahwa antarmuka VN memiliki momen magnetik netto hanya ketika VN berada dalam keadaan superkonduktor, seperti yang ditunjukkan oleh spektrum refleksi neutron terpolarisasi dengan suhu dan medan magnet yang bervariasi. Fitur magnetik antarmuka anomali ini berbeda dari hukum masa lalu penyelarasan spin anti-paralel pada antarmuka oksida YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 dan antarmuka paduan. Berdasarkan perhitungan prinsip dasar, ditemukan bahwa antarmuka Fe3N/VN memiliki rekonstruksi orbital d dan fenomena transfer muatan antarmuka, serta spin antara ion logam transisi memenuhi kopel pertukaran langsung Heisenberg, dan konstanta kopel J adalah sekitar 4,28 meV. Pekerjaan ini mengamati efek tetangga terdekat magnetik unik dari heterointerface superkonduktor/feromagnetik nitrida, dan berguna untuk konstruksi perangkat spintronik superkonduktor dalam Pekerjaan ini telah berperan penting dalam konstruksi perangkat spintronik superkonduktor, seperti katup spin superarus rangkap tiga dan sambungan Josephson "π".
Hasil penelitian terkait dipublikasikan di National Science Review dengan judul Syntropic spin alignment at the interface between feromagnetic and superconducting nitrides. Pekerjaan ini didukung oleh Proyek Khusus "Quantum Regulation and Quantum Information" dari National Key Research and Development Program of China, Joint Fund for Regional Innovation and Development dan Original Exploration Program dari National Natural Science Foundation of China, Stable Support Program for Young Teams in Basic Research dan Special Assistantship Program dari Chinese Academy of Sciences, dan Postdoctoral Fellowship of China, antara lain.
