La supraconductivité induite par un champ se produit lorsqu'un champ magnétique appliqué augmente ou induit une supraconductivité. Dans un nouveau rapport publié dans Science Advances , Joshua J. Sanchez et une équipe de scientifiques ont appliqué la contrainte comme commutateur entre un état supraconducteur réglable en champ et un état robuste non réglable en champ, pour marquer la première démonstration d'une valve de spin supraconductrice réglable en contrainte avec une magnétorésistance infinie.
Les scientifiques ont combiné une contrainte uniaxiale réglable et appliqué un champ magnétique sur le supraconducteur ferromagnétique pour modifier la température de résistance nulle induite par le champ. En utilisant la diffraction des rayons X et des mesures de spectroscopie sous contrainte, l'équipe a proposé que l'origine de la supraconductivité induite par le champ résulte d'un nouveau mécanisme connu sous le nom de pli dipolaire.
Il est possible de basculer entre des phases électroniques distinctes dans les matériaux quantiques en ajustant les paramètres pour montrer comment ils interagissent pour piloter le développement technologique. Un domaine de développement important comprend le ferromagnétisme et la supraconductivité, dont les interactions antagonistes conduisent à des phénomènes inhabituels, notamment des vortex magnétiques et des supercourants polarisés en spin, comme méthodes prometteuses pour le stockage de données économe en énergie.
Les chercheurs ont concentré leur attention sur les valves de spin supraconductrices qui entourent une couche supraconductrice, pour les technologies de l'information à faible dissipation d'énergie. Le développement de telles technologies peut être limité par les températures très basses nécessaires à leur mise en œuvre.
Outre les hétérostructures artificielles, une poignée de matériaux monocristallins présentaient une supraconductivité induite par un champ, des supraconducteurs dopés par fusion et des supraconducteurs organiques. Dans ces matériaux et vannes de spin supraconductrices à couche mince, la température de résistance nulle est inférieure à 1 Kelvin, limitant ainsi leurs applications pratiques.
Supraconductance en couches minces
Dans ces matériaux et dans les vannes de spin supraconductrices à couches minces, la température de résistance nulle est inférieure à 1 Kelvin, ce qui peut limiter leurs applications pratiques. À l'heure actuelle, les mécanismes sous-jacents de la supraconductivité induite par le champ restent à déterminer, où l'effet peut augmenter la température.
Dans ce travail, Sanchez et al. ont montré une supraconductivité induite par un champ dans des matériaux supraconducteurs co-dopés à 12 % à température variable, avec une contrainte uniaxiale appliquée. Cette valeur correspond à la température la plus élevée signalée pour la supraconductivité induite par un champ magnétique dans tous les matériaux. Les matériaux dopés existaient sous la forme d'une architecture de valve de spin supraconductrice à couches minces naturellement développée, avec une alternance de couches ferromagnétiques et supraconductrices.
L'équipe a combiné les méthodes de rayons X synchrotron avec des mesures de transport pour montrer que la capacité d'ajustement des contraintes et les propriétés d'ajustement du champ existent en tant que caractéristiques de la supraconductivité indépendante.
Sanchez et ses collègues ont combiné l'accordabilité des contraintes avec des champs de commutation à haute température et faibles pour créer une plate-forme existante pour des applications potentielles en spintronique supraconductrice. Ils ont ensuite effectué des calculs de théorie fonctionnelle de la densité pour mettre en évidence les interactions d'échange ferromagnétiques et antiferromagnétiques afin de résoudre le mystère de la coexistence avec les ferromagnétiques.
L'équipe a l'intention d'explorer comment ce mécanisme peut être réalisé dans d'autres systèmes, y compris les systèmes bidimensionnels.
Au cours de ces expériences, les scientifiques ont cultivé des monocristaux avec 12 % de matériaux co-dopés dans un flux d'étain et ont noté comment la composition de croissance non stœchiométrique a donné des échantillons avec des températures de transition supraconductrices accrues. Ils ont sélectionné des échantillons de différents lots de croissance et les ont préparés de manière identique afin de mieux comparer le réglage de la résistivité sur le terrain et la déformation. Au cours des expériences, l'équipe a refroidi les échantillons aux températures supraconductrices et ferromagnétiques, respectivement.
Après avoir effectué ces mesures, l’équipe a monté l’échantillon sur un dispositif de contrainte uniaxiale pour mesurer la résistivité et la plage de déformation. Lorsqu'ils ont appliqué le champ à une contrainte de température fixe, ils ont construit un diagramme de phases de déformation supraconductrice réglable sur le terrain.
L’équipe de recherche a noté l’accessibilité de la supraconductivité induite par le champ dans une fenêtre de température sous contrainte nulle. À mesure que la température diminuait, le moment magnétique croissant conduisait le ferromagnétisme à avoir une plus grande influence sur la supraconductivité.
Pour identifier l'indépendance de la déformation et du champ magnétique afin d'ajuster la supraconductivité et de résoudre le mécanisme de la supraconductivité induite par le champ, Sanchez et ses collègues ont effectué des mesures de transport sous contrainte appliquée, en même temps que la diffraction des rayons X ou le dichroïsme circulaire magnétique des rayons X à la source de photons avancée. . La diffraction des rayons X a fourni une méthode puissante pour étudier les supraconducteurs ferromagnétiques avec des informations magnétiques spécifiques aux éléments, en mode fluorescence.
L’équipe a ensuite efficacement ajusté la supraconductivité en la mettant en compétition avec la nématicité réglable en contrainte et l’ordre ferromagnétique associé. L'équipe de recherche a noté une supraconductivité induite par un champ où une plage de déformation étroite permettait une supraconductivité induite par un champ. Par la suite, pour étudier l'origine de la supraconductivité induite par le champ, les chercheurs ont effectué simultanément des mesures de résistivité et de rayons X pour régler indépendamment les paramètres de supraconductivité.
Les chercheurs ont incorporé le composé parent antiferromagnétique sous la forme d'une forte interaction biquadratique entre les moments métalliques pour manifester un couplage magnéto-structural important. Dans ce travail, l’équipe a noté la division de Zeeman induite par un champ externe pour faciliter la supraconductivité. La coexistence de la supraconductivité et du ferromagnétisme était une autre caractéristique remarquable des matériaux apparentés.
De cette manière, Joshua J Sanchez et ses collègues ont présenté la supraconductivité induite par un champ entre une plage de températures en combinant la diffraction des rayons X, le dichroïsme circulaire des rayons X et les mesures de transport pour montrer comment la déformation et le champ magnétique facilitaient les boutons de réglage indépendants.
La haute accordabilité du système a entraîné la coexistence simultanée de phases supraconductrices, nématiques et ferromagnétiques. Les scientifiques s'attendent à des températures supraconductrices induites par un champ encore plus élevées dans des matériaux conçus avec un équilibre parfait entre supraconductivité à température plus élevée et ferromagnétisme.
Des recherches futures pourraient évaluer la capacité ou le potentiel d'un matériau à conduire des applications de spintronique supraconductrice en étudiant le degré de polarisation de spin et l'appariement spin-triplet lors de son passage à travers des couches magnétiques accordables en champ.
Plus d'informations : Joshua J. Sanchez et al, Supraconductivité induite par un champ commutable par contrainte, Science Advances (2023). DOI :10.1126/sciadv.adj5200
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