Коллектив российских ученых провел теоретическое исследование взаимодействия ферромагнетизма и сверхпроводимости в двумерной гетероструктуре. Им удалось продемонстрировать, как в подобных системах возможно управлять сверхпроводимостью и спиновым расщеплением с помощью внешнего воздействия. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Materials. История изучения взаимодействия между ферромагнитными и сверхпроводящими материалами насчитывает несколько десятилетий. Сверхпроводимость и ферромагнетизм традиционно воспринимаются как конкурирующие состояния. Новый толчок к развитию физики эффектов близости дало открытие двумерных материалов (часто также называемых ван-дер-ваальсовыми). Недавние исследования укрепили существующий интерес к ван-дер-ваальсовым гетероструктурам, показывая, как свойства проводящих электронов могут управлять физическими характеристиками этих систем. Новая работа ученых из МФТИ с коллегами, ставит перед собой амбициозную цель: выяснить, как можно управлять магнитными и сверхпроводящими эффектами в таких структурах, а также к каким открытиям эти процессы могут привести в области спинтроники. Ученые сосредоточили свое внимание на эффекте близости в бислойных 2D гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, используя в качестве примера сверхпроводник NbSe2 и ферромагнетик VSe2. Проблема взаимодействия между магнитными и сверхпроводящими свойствами в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах представляет особый интерес из-за того, что границей раздела между материалами по сути является вся гетероструктура. Даже в трехмерных гетероструктурах взаимодействие между различными слоями может сильно варьироваться в зависимости от их толщины и природы материалов. В контексте гетероструктур (слоистых структур из разных материалов) этот метод позволяет управлять взаимодействием между слоями. Посредством моделирования многослойных систем с использованием электронных спектров отдельных слоев, исследователи выяснили, что влияние ферромагнетиков на сверхпроводимость может быть значительно усилено за счет приложения напряжения затвора. В ходе работы ученые провели моделирование системы с использованием гамильтониана сильной связи, что позволило проанализировать зависимости сверхпроводящего параметра порядка от обменного поля ферромагнитного слоя. «Мы представили результаты, показывающие, как возможно не только включать и выключать сверхпроводимость, но и управлять спиновым расщеплением в электронных спектрах. Мы получили, что электронные спектры, и, как следствие, сверхпроводящие характеристики, зависят от силы взаимодействия между слоями. Нам удалось наглядно продемонстрировать, как изменение химических потенциалов слоев приводит к изменению поведения электронных спектров, а также к изменению амплитуды и знака спинового расщепления, — рассказал Александр Бобков, старший научный сотрудник Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ. Полученные результаты продемонстрировали, что поведение системы может иметь многообразные характеристики в зависимости от химических потенциалов и степени гибридизации между слоями.Атомная энергия 2.0