La superconduttività indotta dal campo si verifica quando un campo magnetico applicato aumenta o induce la superconduttività. In un nuovo rapporto pubblicato su Science Advances , Joshua J. Sanchez e un team di scienziati hanno applicato lo stress come passaggio tra uno stato superconduttore sintonizzabile sul campo e uno stato robusto e sintonizzabile non sul campo, per celebrare la prima dimostrazione di una valvola spin superconduttiva sintonizzabile tramite deformazione con magnetoresistenza infinita.
Gli scienziati hanno combinato uno stress uniassiale regolabile e hanno applicato un campo magnetico sul superconduttore ferromagnetico per spostare la temperatura di resistenza zero indotta dal campo. Utilizzando la diffrazione dei raggi X e misurazioni spettroscopiche sotto stress, il team ha proposto che l'origine della superconduttività indotta dal campo derivi da un nuovo meccanismo noto come piega dipolare.
È possibile passare da una fase elettronica all’altra nei materiali quantistici regolando i parametri per mostrare come interagiscono per guidare lo sviluppo tecnologico. Un'area di sviluppo significativo include il ferromagnetismo e la superconduttività, le cui interazioni antagoniste portano a fenomeni insoliti tra cui vortici magnetici e supercorrenti polarizzate in spin come metodi promettenti per l'archiviazione di dati ad alta efficienza energetica.
I ricercatori hanno concentrato molta attenzione sulle valvole di spin superconduttrici che circondano uno strato superconduttore, per tecnologie dell'informazione a bassa dissipazione di energia. Lo sviluppo di tali tecnologie può essere limitato dalle temperature molto basse necessarie per implementarle.
A parte le eterostrutture artificiali, una manciata di materiali monocristallini hanno mostrato superconduttività indotta dal campo, fusione di superconduttori drogati e superconduttori organici. In questi materiali e nelle valvole di spin superconduttrici a film sottile, la temperatura di resistenza zero è inferiore a 1 Kelvin, limitando così le loro applicazioni pratiche.
Superconduttanza a film sottile
All'interno di questi materiali e all'interno delle valvole di spin superconduttrici a film sottile, la temperatura di resistenza zero è inferiore a 1 Kelvin, il che può limitare le loro applicazioni pratiche. Al momento, restano da determinare i meccanismi alla base della superconduttività indotta dal campo, dove l'effetto può aumentare la temperatura.
In questo lavoro, Sanchez et al. ha mostrato superconduttività indotta dal campo in materiali superconduttori co-drogati al 12% con temperatura variabile, con stress uniassiale applicato. Il valore ha fornito la temperatura più alta riportata di superconduttività indotta dal campo magnetico in qualsiasi materiale. I materiali drogati esistevano come un'architettura di valvola spin superconduttiva a film sottile coltivata naturalmente, con strati ferromagnetici e superconduttori alternati.
Il team ha combinato i metodi dei raggi X del sincrotrone con misurazioni del trasporto per dimostrare che la capacità di regolazione della deformazione e le proprietà di regolazione del campo esistono come caratteristiche della superconduttività indipendente.
Sanchez e colleghi hanno combinato la sintonizzazione della deformazione con campi ad alta temperatura e bassa commutazione per creare una piattaforma esistente per potenziali applicazioni spintroniche superconduttrici. Hanno inoltre eseguito calcoli sulla teoria del funzionale della densità per evidenziare le interazioni di scambio ferromagnetico e antiferromagnetico per risolvere il mistero della coesistenza con i ferromagneti.
Il team intende esplorare come questo meccanismo possa essere realizzato in altri sistemi, compresi i sistemi bidimensionali.
Durante questi esperimenti, gli scienziati hanno coltivato cristalli singoli con materiali co-drogati al 12% in un flusso di stagno e hanno notato come la composizione di crescita non stechiometrica producesse campioni con temperature di transizione superconduttrici aumentate. Hanno selezionato campioni da diversi lotti di crescita e li hanno preparati in modo identico per confrontare meglio la regolazione del campo e della deformazione della resistività. Durante gli esperimenti, il team ha raffreddato i campioni rispettivamente attraverso la temperatura superconduttiva e ferromagnetica.
Dopo aver effettuato queste misurazioni, il team ha montato il campione su un dispositivo di sollecitazione uniassiale per misurare la resistività e l'intervallo di deformazione. Quando hanno applicato il campo a uno stress a temperatura fissa, hanno costruito un diagramma di fase sintonizzabile sul campo di deformazione della superconduttività.
Il gruppo di ricerca ha notato l'accessibilità della superconduttività indotta dal campo in una finestra di temperatura sotto tensione zero. Man mano che la temperatura diminuiva, l'aumento del momento magnetico portò il ferromagnetismo ad avere un'influenza maggiore sulla superconduttività.
Per identificare l'indipendenza della deformazione e del campo magnetico per regolare la superconduttività e risolvere il meccanismo della superconduttività indotta dal campo, Sanchez e colleghi hanno condotto misurazioni di trasporto sotto deformazione applicata, in concomitanza con la diffrazione di raggi X o il dicroismo circolare magnetico a raggi X presso la sorgente di fotoni avanzata. . La diffrazione dei raggi X ha fornito un metodo potente per studiare i superconduttori ferromagnetici con informazioni magnetiche specifiche dell'elemento, in modalità fluorescenza.
Il team ha poi efficacemente messo a punto la superconduttività attraverso la sua competizione con la nematicità regolabile con deformazione e l'ordine ferromagnetico associato. Il gruppo di ricerca ha notato la superconduttività indotta dal campo in cui un intervallo di deformazione ristretto ha consentito la superconduttività indotta dal campo. Successivamente, per studiare l'origine della superconduttività indotta dal campo, i ricercatori hanno eseguito misurazioni simultanee di resistività e raggi X per regolare in modo indipendente i parametri della superconduttività.
I ricercatori hanno incorporato il composto originario antiferromagnetico come una forte interazione biquadratica tra i momenti metallici per manifestare un ampio accoppiamento magnetostrutturale. In questo lavoro, il team ha notato la scissione di Zeeman indotta da un campo esterno per facilitare la superconduttività. La coesistenza di superconduttività e ferromagnetismo era un'altra caratteristica nota dei materiali correlati.
In questo modo, Joshua J Sanchez e colleghi hanno presentato la superconduttività indotta dal campo tra un intervallo di temperature combinando la diffrazione dei raggi X, il dicroismo circolare dei raggi X e le misurazioni del trasporto per mostrare come la deformazione e il campo magnetico facilitano manopole di sintonizzazione indipendenti.
L'elevata sintonizzabilità del sistema ha portato alla coesistenza simultanea di fasi superconduttrici, nematiche e ferromagnetiche. Gli scienziati si aspettano temperature superconduttrici indotte dal campo ancora più elevate in materiali progettati con un perfetto equilibrio tra superconduttività a temperatura più elevata e ferromagnetismo.
La ricerca futura potrebbe valutare la capacità o il potenziale di un materiale di condurre applicazioni di spintronica superconduttiva studiando il grado di polarizzazione dello spin e l'accoppiamento spin-tripletto mentre passa attraverso strati magnetici sintonizzabili sul campo.
Ulteriori informazioni: Joshua J. Sanchez et al, Superconduttività indotta da campo a deformazione commutabile, Progressi scientifici (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj5200
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