הממשק בין מוליך-על (S) לפרומגנט (F) הוא נקודה חמה בפיזיקה של החומר המעובה. צימוד הממשק בין השניים מייצר תופעות פיזיקליות מעניינות יותר. האפקט המגנטי כמעט-שכן בממשק S/F נגרם על ידי אינטראקציית חילופין בין ספינים של האלקטרונים משני צידי הממשק, המובילה לדיכוי הסדר המגנטי או הופעתה של מוליכות-על לא שגרתית. כאשר חומר מגנטי נמצא בקרבת מוליך-על, השדה המגנטי נכנס לאזור של ננומטרים בודדים בתוך המוליך ומשמיד את זוגות קופר, וכתוצאה מכך שינויים מרחביים בהתנהגות המוליכים של הממשק ומשפיעים על המאפיינים הפיזיקליים המקרוסקופיים של חומר משני הצדדים. נכון לעכשיו, ספינטרוניקה מוליכת-על הפכה לתחום מתפתח הממלא תפקיד חשוב במימוש לוגיקה ספין ללא פיזור וטכנולוגיות אחסון.
נכון לעכשיו, המנגנון הבסיסי של אפקט הקרבה המגנטית בממשק S/F במערכות חומר שונות שנוי במחלוקת. בעבר, נצפה שטמפרטורת המעבר המוליכים מתנדנדת עם עובי השכבה הפרומגנטית בהטרוג'נקציות S/F המורכבות מסגסוגות מתכת, מה שמרמז על כך שייתכן שיש מצב מיוחד של שידור של גלי זיווג-על מוליכים במערכת זו עקב ההחלפה החזקה. שדה. עם הפיתוח של טכניקות מתקדמות להכנת סרט דק, חוקרים החלו לחקור ממשקי S/F תחמוצת חד-גבישיים כמו ממשק מוליך-על בטמפרטורה גבוהה (YBa2Cu3O7)/ממשק פרומגנט חצי מתכתי (La1-xCaxMnO3) מקוטב בספין . נמצא שלממשק יש מומנט מגנטי מופחת ואנטי-מקביליות ספין של יוני מתכת המעבר משני צידי הממשק, והוא מושפע מהמצב האלקטרוני של השכבה המגנטית, מעובי שכבת S והאי- מבנה תחום אחיד. בהתבוננות בדיכוי טמפרטורת המעבר המוליכים, הגידול ברוחב המעבר ותכונות שסתום הספין בהטרוג'נקציות S/F, החוקרים מצאו שסוג ממשק מסוים זה יכול להועיל בפיתוח התקני ספינטרוניקה מוליכים.
גואו ארג'יה, חוקר במכון לפיזיקה, האקדמיה הסינית למדעים וג'ין קויג'ואן, אקדמאי באקדמיה הסינית למדעים, הכינו הטרוג'נקציות Fe3N/VN על מצעי ספיר באמצעות טכניקת שקיעת לייזר דופק בסיוע חנקן בתדר רדיו (RFN) מקור אטומי, ואפיין את המבנים שלהם. פרופילי עקיפה של קרני רנטגן הראו שגם סרטי Fe3N וגם סרטי VN צמחו לאורך<111>שלב גבישי והיה בעל איכות גבישית טובה. תוצאות מיקרוסקופיה אלקטרונית שידור סריקה ברזולוציה גבוהה מראות כי הממשקים בין מצע הספיר לבין ההטרוג'נקציות וההטרוג'נקציות מאופיינים בשטוח ברמה האטומית, סידור אטומי מסודר וערבוב כימי נמוך. מחקר זה השתמש באפיון חשמלי ומגנטי בטמפרטורות נמוכות כדי לאפיין את ההתנגדות והמומנט המגנטי של הטרוג'נקציות Fe3N/VN כפונקציה של טמפרטורה לעומת שדה מגנטי. נמצא שטמפרטורת המעבר המוליכי על של ההטרוג'נקציה Fe3N/VN יורדת בכ-1.5 K, וגם אורך הקוהרנטיות של גינזבורג-לנדאו וגם הטווח החופשי הממוצע עולים בכ-20%, בהשפעת ה-Fe3N הפרומגנטי. מתחת לשדה הנמוך וטמפרטורת המעבר המוליכים, מומנט הרוויה המגנטי, שדה הכפייה והשדה הקריטי המוליך העל של ההטרוצומת Fe3N/VN גדלים, מה שמרמז על כך שייתכן שיש מומנט מגנטי נטו שהוכנס על ידי אפקט Fe3N כמעט-שכן בממשק ה-VN שִׁכבָה.
יתר על כן, מחקר זה משתמש בספקטרומטר הנייטרונים של מקור הנויטרונים המפוזר בסין כדי למדוד את ספקטרום השתקפות הנויטרונים המקוטבים של הטרוג'נקציות Fe3N/VN. מוצג כי מומנט מגנטי נטו של כ-60.3 ± 2.4 kA/m קיים באזור של כ-5 ננומטר ליד הממשק בסרט VN. במקביל, כיוון המומנט המגנטי הזה מיושר עם כיוון המומנט המגנטי בסרטים דקים פרומגנטיים. נמצא כי לממשק של VN יש מומנט מגנטי נטו רק כאשר ה-VN נמצא במצב מוליך-על, כפי שמצוין על ידי ספקטרום השתקפות נויטרונים מקוטבים עם טמפרטורה ושדה מגנטי משתנים. תכונה מגנטית חריגה זו שונה מחוק העבר של יישור ספין אנטי-מקביל בממשקי תחמוצת XCaxMnO3 וממשקי סגסוגת YBa2Cu3O7/La{10}}. נמצא על ידי חישובי עקרונות ראשונים שלממשק Fe3N/VN יש שחזור ד-אורביטלי ותופעות של העברת מטען אינטרפאציונלי, כמו גם הספינים בין יוני מתכת המעבר מספקים את צימוד החליפין הישיר של הייזנברג, וקבוע הצימוד J הוא בערך 4.28 meV . עבודה זו מתבוננת בהשפעה המגנטית הייחודית הקרובה ביותר של ממשקי ההטרו-על מוליכים/פרומגנטיים הכוללים ניטריד, והיא שימושית לבניית מכשירי הספינטרוניקה המוליכים בשטח העבודה. שסתומי ספין וצמתים "π" ג'וזפסון.
תוצאות המחקר הקשורות פורסמו ב-National Science Review תחת הכותרת של יישור ספין סינטרופי בממשק בין ניטרידים פרומגנטיים ומוליכי-על. עבודה זו נתמכה על ידי הפרויקט המיוחד "רגולציה קוונטית ומידע קוונטי" של תוכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח של סין, הקרן המשותפת לחדשנות ופיתוח אזורי ותוכנית החקר המקורי של הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, האורווה תוכנית תמיכה לצוותים צעירים במחקר בסיסי ותוכנית העוזרות המיוחדת של האקדמיה הסינית למדעים, ומלגת הפוסט-דוקטורט של סין, בין היתר.
