อินเทอร์เฟซระหว่างตัวนำยิ่งยวด (S) และเฟอร์โรแมกเน็ต (F) เป็นจุดสำคัญในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น การเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซระหว่างทั้งสองก่อให้เกิดปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจยิ่งขึ้น เอฟเฟกต์แม่เหล็กใกล้เพื่อนบ้านที่อินเทอร์เฟซ S/F เกิดจากปฏิสัมพันธ์แลกเปลี่ยนระหว่างสปินอิเล็กตรอนทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซ ส่งผลให้ลำดับแม่เหล็กถูกระงับหรือเกิดการนำยิ่งยวดที่ไม่ธรรมดา เมื่อวัสดุแม่เหล็กอยู่ใกล้ตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะเข้าสู่บริเวณที่มีขนาดเพียงไม่กี่นาโนเมตรภายในตัวนำยิ่งยวดและทำลายคู่คูเปอร์ ส่งผลให้พฤติกรรมการนำยิ่งยวดของอินเทอร์เฟซเปลี่ยนแปลงไปในเชิงพื้นที่ และส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพในระดับมหภาคของวัสดุทั้งสองด้าน ปัจจุบัน สปินทรอนิกส์ตัวนำยิ่งยวดได้กลายเป็นสาขาใหม่ที่มีบทบาทสำคัญในการตระหนักถึงตรรกะสปินอิสระที่กระจายตัวและเทคโนโลยีการจัดเก็บ
ปัจจุบัน กลไกพื้นฐานของเอฟเฟกต์ความใกล้ชิดทางแม่เหล็กที่อินเทอร์เฟซ S/F ในระบบวัสดุที่แตกต่างกันนั้นยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน ก่อนหน้านี้ ได้มีการสังเกตพบว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดจะแกว่งไปตามความหนาของชั้นแม่เหล็กในเฮเทอโรจั๊งก์ชั่น S/F ที่ประกอบด้วยโลหะผสม ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอาจมีโหมดพิเศษในการส่งคลื่นการจับคู่ของตัวนำยิ่งยวดในระบบนี้เนื่องมาจากสนามแลกเปลี่ยนที่แข็งแกร่ง ด้วยการพัฒนาเทคนิคการเตรียมฟิล์มบางขั้นสูง นักวิจัยได้เริ่มศึกษาเฮเทอโรอินเทอร์เฟซ S/F ของออกไซด์ผลึกเดี่ยว เช่น อินเทอร์เฟซตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (YBa2Cu3O7)/แม่เหล็กเฟอร์โรกึ่งโลหะที่มีสปินโพลาไรซ์ (La1-xCaxMnO3) พบว่าอินเทอร์เฟซมีโมเมนต์แม่เหล็กที่ลดลงและสปินแอนตี้ขนานของไอออนของโลหะทรานสิชันทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซ และได้รับผลกระทบจากสถานะอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นแม่เหล็ก ความหนาของชั้น S และโครงสร้างโดเมนที่ไม่สม่ำเสมอ จากการสังเกตการระงับอุณหภูมิเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวด การเพิ่มขึ้นของความกว้างของการเปลี่ยนผ่าน และคุณสมบัติของสปินวาล์วในเฮเทอโรจั๊งก์ชั่น S/F นักวิจัยพบว่าอินเทอร์เฟซประเภทเฉพาะนี้อาจเป็นประโยชน์ในการพัฒนาอุปกรณ์สปินโทรนิกส์ตัวนำยิ่งยวด
Guo Erjia นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์ สถาบันวิทยาศาสตร์จีน และ Jin Kuijuan นักวิชาการจากสถาบันวิทยาศาสตร์จีน เตรียมเฮเทอโรจันก์ชั่น Fe3N/VN บนพื้นผิวแซฟไฟร์โดยใช้เทคนิคการสะสมด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ซึ่งได้รับความช่วยเหลือจากแหล่งกำเนิดอะตอมไนโตรเจนความถี่วิทยุ (RFN) และกำหนดลักษณะโครงสร้างของเฮเทอโรจันก์ชั่นเหล่านี้ โปรไฟล์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์แสดงให้เห็นว่าฟิล์มของ Fe3N และ VN เติบโตไปตาม<111>เฟสผลึกและมีคุณภาพผลึกที่ดี ผลการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดความละเอียดสูงแสดงให้เห็นว่าอินเทอร์เฟซระหว่างซับสเตรตแซฟไฟร์และเฮเทอโรจังก์ชันและเฮเทอโรจังก์ชันมีลักษณะเฉพาะคือความเรียบระดับอะตอม การเรียงตัวของอะตอมเป็นระเบียบ และการผสมสารเคมีต่ำ การศึกษานี้ใช้การจำแนกลักษณะทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่อุณหภูมิต่ำเพื่อจำแนกลักษณะความต้านทานและโมเมนต์แม่เหล็กของเฮเทอโรจังก์ชัน Fe3N/VN เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิเทียบกับสนามแม่เหล็ก พบว่าอุณหภูมิทรานสิชั่นของเฮเทอโรจังก์ชัน Fe3N/VN ลดลงประมาณ 1.5 K และความยาวการเชื่อมโยงของ Ginzburg-Landau และช่วงอิสระเฉลี่ยเพิ่มขึ้นประมาณ 20% ซึ่งได้รับอิทธิพลจาก Fe3N ที่เป็นแม่เหล็ก ด้านล่างของสนามต่ำและอุณหภูมิเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวด โมเมนต์แม่เหล็กอิ่มตัว สนามบังคับ และสนามวิกฤตของตัวนำยิ่งยวดของเฮเทอโรจันก์ชั่น Fe3N/VN จะเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่าอาจมีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิที่เกิดจากเอฟเฟกต์เพื่อนบ้านใกล้ Fe3N ในชั้นส่วนต่อประสาน VN
นอกจากนี้ การศึกษาครั้งนี้ยังใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์นิวตรอนของ China Scattered Neutron Source เพื่อวัดสเปกตรัมการสะท้อนของนิวตรอนที่มีโพลาไรซ์ของเฮเทอโรจันก์ชั่น Fe3N/VN พบว่ามีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิประมาณ 60.3 ± 2.4 kA/m ในบริเวณประมาณ 5 นาโนเมตรใกล้กับอินเทอร์เฟซในฟิล์ม VN ในเวลาเดียวกัน ทิศทางของโมเมนต์แม่เหล็กนี้จะอยู่ในแนวเดียวกับทิศทางของโมเมนต์แม่เหล็กในฟิล์มบางเฟอร์โรแมกเนติก พบว่าอินเทอร์เฟซของ VN มีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิเฉพาะเมื่อ VN อยู่ในสถานะตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น ซึ่งบ่งชี้โดยสเปกตรัมการสะท้อนของนิวตรอนที่มีโพลาไรซ์ที่มีอุณหภูมิและสนามแม่เหล็กที่แปรผัน คุณสมบัติแม่เหล็กของอินเทอร์เฟซที่ผิดปกตินี้แตกต่างจากกฎการจัดเรียงสปินแบบต่อต้านขนานในอดีตที่อินเทอร์เฟซออกไซด์ YBa2Cu3O7/La1-xCaxMnO3 และอินเทอร์เฟซโลหะผสม จากการคำนวณตามหลักการเบื้องต้น พบว่าอินเทอร์เฟซ Fe3N/VN มีการสร้างภาพวงโคจร d และปรากฏการณ์การถ่ายโอนประจุของอินเทอร์เฟซ เช่นเดียวกับการหมุนระหว่างไอออนของโลหะทรานสิชั่นที่เป็นไปตามการเชื่อมโยงการแลกเปลี่ยนตรงของไฮเซนเบิร์ก และค่าคงที่การเชื่อมโยง J อยู่ที่ประมาณ 4.28 meV งานนี้สังเกตผลเพื่อนบ้านใกล้สุดแม่เหล็กเฉพาะตัวของเฮเทอโรอินเทอร์เฟซตัวนำยิ่งยวด/เฟอร์โรแมกเนติกแบบไนไตรด์ทั้งหมด และมีประโยชน์สำหรับการสร้างอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ตัวนำยิ่งยวดใน งานนี้เป็นเครื่องมือในการสร้างอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ตัวนำยิ่งยวด เช่น วาล์วสปินกระแสสูงสามตัวและรอยต่อ "π" ของโจเซฟสัน
ผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์ใน National Science Review ภายใต้หัวข้อ Syntropic spin alignment at the interface between ferromagnetic and superconducting nitrides งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการพิเศษ "Quantum Regulation and Quantum Information" ของโครงการวิจัยและพัฒนาหลักแห่งชาติของจีน กองทุนร่วมเพื่อการพัฒนาและนวัตกรรมระดับภูมิภาค และโครงการสำรวจดั้งเดิมของมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน โครงการสนับสนุนที่มั่นคงสำหรับทีมเยาวชนในการวิจัยพื้นฐาน และโครงการผู้ช่วยพิเศษของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน และทุนหลังปริญญาเอกของจีน เป็นต้น
