高温(Tc)超导通常从反铁磁绝缘体发展而来,超导性和铁磁性总是相互排斥的。最近,中国科技大学的Xianhui Chen小组观察到(Li,Fe)OHFeSe薄片中从超导体到铁磁绝缘体的电场控制可逆转变。这项工作提供了一个独特的平台来研究铁基超导体中超导性和铁磁性之间的关系,并可能提供一些理解电子配对机制超越传统电子 - 声子超导性的线索。
超导性和磁性之间的关系是理解电子配对机制超越传统电子 - 声子超导性的关键。控制超导区域附近的磁性可以解释超导和磁相中的竞争或交织的电子状态。通过场电子晶体管(FET)调制载流子密度是在凝聚态物理中操纵集体有序电子态的最有效方法之一。然而,只有材料表面上的载流子浓度可以用常规的选通技术调节并控制电荷密度由于托马斯 - 费米的筛选,大部分都受到了困扰。最近,已经开发出使用固体离子导体(SIC)作为栅极电介质的新型FET。在这样的SIC-FET中,电场不仅可以调节载流子密度以诱导电子相变,而且还可以将离子驱动到晶体中以将其从一个晶相转换为另一个晶相。
通过这种新开发的浇注技术,中国科技大学的Xianhui Chen小组观察到(Li,Fe)OHFeSe薄片中从超导体到铁磁绝缘体的电场控制可逆转变。使用SIC-FET,可以通过电场将Li离子驱入(Li,Fe)OHFeSe薄片中或从中提取出来。当Li离子最初被驱动到薄片中时,Li离子取代氢氧化物层中的Fe,并且Li排出的Fe离子可以从氢氧化物层迁移出来以填充硒化物层中的空位。填充空位后,薄片达到最佳Tc~43 K.进一步注入Li后,从氢氧化物层中挤出的Fe离子迁移到间隙位置,然后间隙Fe离子变得有序并最终导致长程铁磁有序。因此,具有最佳Tc(= 43K)的圆顶形超导相被连续调谐成铁磁绝缘相,其表现出电场控制的量子临界行为。该器件采用固体离子导体制造,可以可逆地操纵集体有序材料的电子状态和通过电场稳定新的亚稳结构。这项工作为通过电场获得亚稳相和控制结构相变以及物理性质铺平了道路。
这些令人惊讶的发现为研究铁基超导体中超导性和铁磁性之间的关系提供了一个独特的平台。这项工作还证明了SIC-FET在调节层状晶体物理性质方面的卓越性能及其在多功能器件中的潜在应用。