إن الواجهة بين الموصل الفائق (S) والمغناطيس الحديدي (F) هي نقطة ساخنة في فيزياء المادة المكثفة. إن اقتران الواجهة بين الاثنين ينتج ظواهر فيزيائية أكثر إثارة للاهتمام. إن تأثير الجار القريب المغناطيسي عند واجهة S/F ناتج عن التفاعل التبادلي بين دوران الإلكترون على جانبي الواجهة، مما يؤدي إلى قمع النظام المغناطيسي أو ظهور الموصلية الفائقة غير التقليدية. عندما تكون المادة المغناطيسية على مقربة من الموصل الفائق، يدخل المجال المغناطيسي منطقة لا يتجاوز حجمها بضعة نانومترات داخل الموصل الفائق ويدمر أزواج كوبر، مما يؤدي إلى تغييرات مكانية في سلوك الموصل الفائق والتأثير على الخصائص الفيزيائية العيانية للمادة على كلا الجانبين. في الوقت الحالي، أصبحت الإلكترونيات الدورانية الفائقة التوصيل مجالًا ناشئًا يلعب دورًا مهمًا في تحقيق منطق الدوران الخالي من التبديد وتقنيات التخزين.
حاليًا، الآلية الأساسية لتأثير القرب المغناطيسي عند واجهة S/F في أنظمة المواد المختلفة مثيرة للجدل. في السابق، لوحظ أن درجة حرارة انتقال الموصلية الفائقة تتذبذب مع سمك الطبقة المغناطيسية الحديدية في الوصلات غير المتجانسة S/F المكونة من سبائك معدنية، مما يشير إلى أنه قد يكون هناك وضع خاص لنقل موجات الاقتران الفائقة التوصيل في هذا النظام بسبب مجال التبادل القوي. مع تطوير تقنيات تحضير الأغشية الرقيقة المتقدمة، بدأ الباحثون في دراسة الواجهات غير المتجانسة لأكسيد البلورة الواحدة S/F مثل واجهة الموصل الفائق عالي الحرارة (YBa2Cu3O7) / المغناطيس الحديدي شبه المعدني المستقطب بالدوران (La1-xCaxMnO3). وجد أن الواجهة لها عزم مغناطيسي منخفض وعكس دوران أيونات المعادن الانتقالية على جانبي الواجهة، وتتأثر بالحالة الإلكترونية للطبقة المغناطيسية، وسمك طبقة S، وبنية المجال غير المنتظمة. من خلال ملاحظة قمع درجة حرارة الانتقال الفائقة التوصيل، وزيادة عرض الانتقال، وخصائص صمام الدوران في الوصلات غير المتجانسة S/F، وجد الباحثون أن هذا النوع المعين من الواجهة يمكن أن يكون مفيدًا في تطوير أجهزة الدوران الإلكتروني الفائقة التوصيل.
قام جيو إرجيا، باحث في معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، وجين كويجوان، أكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم، بإعداد تقاطعات غير متجانسة من Fe3N/VN على ركائز الياقوت باستخدام تقنية الترسيب بالليزر النبضي بمساعدة مصدر ذري من النيتروجين بترددات الراديو (RFN)، ووصفوا هياكلها. أظهرت ملفات تعريف حيود الأشعة السينية أن كل من أغشية Fe3N وVN نمت على طول<111>طور بلوري وكان له جودة بلورية جيدة. تظهر نتائج المجهر الإلكتروني النافذ عالي الدقة أن الواجهات بين ركيزة الياقوت والوصلات غير المتجانسة والوصلات غير المتجانسة تتميز بتسطيح المستوى الذري والترتيب الذري المنظم والاختلاط الكيميائي المنخفض. استخدمت هذه الدراسة التوصيف الكهربائي والمغناطيسي في درجات حرارة منخفضة لتوصيف مقاومة وعزم مغناطيسي للوصلات غير المتجانسة Fe3N / VN كدالة لدرجة الحرارة مقابل المجال المغناطيسي. وجد أن درجة حرارة الانتقال الفائقة الموصلية للوصلة غير المتجانسة Fe3N / VN تنخفض بنحو 1.5 كلفن، ويزداد كل من طول تماسك جينزبورج-لانداو ومتوسط المدى الحر بنحو 20٪، متأثرًا بالمغناطيسية الحديدية Fe3N. تحت مجال منخفض ودرجة حرارة انتقال فائقة التوصيل، تزداد عزم التشبع المغناطيسي، والحقل القسري، والحقل الحرج الفائق التوصيل للوصلة غير المتجانسة Fe3N/VN، مما يشير إلى أنه قد يكون هناك عزم مغناطيسي صافٍ ناتج عن تأثير الجار القريب لـ Fe3N في طبقة واجهة VN.
علاوة على ذلك، تستخدم هذه الدراسة مطياف النيوترونات لمصدر النيوترونات المتناثرة في الصين لقياس أطياف انعكاس النيوترونات المستقطبة لوصلات Fe3N/VN غير المتجانسة. وقد تبين أن عزم مغناطيسي صافٍ يبلغ حوالي 60.3 ± 2.4 كيلو أمبير/متر موجود في منطقة حوالي 5 نانومتر بالقرب من الواجهة في فيلم VN. وفي الوقت نفسه، يتم محاذاة اتجاه هذا العزم المغناطيسي مع اتجاه العزم المغناطيسي في الأغشية الرقيقة المغناطيسية الحديدية. وقد وجد أن واجهة VN لها عزم مغناطيسي صافٍ فقط عندما يكون VN في حالة فائقة التوصيل، كما هو موضح بواسطة أطياف انعكاس النيوترونات المستقطبة مع درجة حرارة متغيرة وحقل مغناطيسي. تختلف هذه السمة المغناطيسية الشاذة للواجهة عن قانون المحاذاة الدورانية المعاكسة في الماضي عند واجهات أكسيد YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 وواجهات السبائك. وجد من خلال حسابات المبادئ الأولى أن واجهة Fe3N/VN لها إعادة بناء مداري d وظاهرة نقل شحنة بينية، فضلاً عن أن الدورات بين أيونات المعادن الانتقالية تلبي اقتران التبادل المباشر لهايزنبرج، وثابت الاقتران J حوالي 4.28 ميجا فولت. يلاحظ هذا العمل تأثير الجار الأقرب المغناطيسي الفريد للواجهات غير المتجانسة الفائقة التوصيل/الحديدية المغناطيسية المكونة من جميع النتريدات، وهو مفيد لبناء أجهزة الدوران الإلكتروني الفائقة التوصيل في كان هذا العمل مفيدًا في بناء أجهزة الدوران الإلكتروني الفائقة التوصيل، مثل صمامات الدوران الثلاثية الفائقة التيار ومفترقات جوزيفسون "π".
نُشرت نتائج البحث ذات الصلة في مجلة National Science Review تحت عنوان محاذاة الدوران التناظري عند الواجهة بين النتريدات المغناطيسية الحديدية والناتجات الفائقة التوصيل. وقد تم دعم هذا العمل من خلال المشروع الخاص "التنظيم الكمي والمعلومات الكمومية" التابع لبرنامج البحث والتطوير الوطني الرئيسي في الصين، والصندوق المشترك للابتكار والتطوير الإقليمي وبرنامج الاستكشاف الأصلي التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، وبرنامج الدعم المستقر للفرق الشابة في البحث الأساسي وبرنامج المساعدة الخاصة للأكاديمية الصينية للعلوم، وزمالة ما بعد الدكتوراه في الصين، وغيرها.
