[论文解读] Prototype hybrid of a ferromagnet and a spin triplet superconductor

M. S. Anwar, Y. J. Shin+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2014

Advanced Condensed Matter Physics被引用 1

一句话总结

本研究展示了一种原型混合异质结构，将铁磁性 SrRuO3 薄膜与自旋三重态超导体 Sr2RuO4 结合，通过脉冲激光沉积在面内压缩应变条件下外延生长。尽管存在应变，薄膜在 158 K 以下仍保持铁磁有序，且 c 轴为易磁化轴，同时表现出高度导电的界面——凸显了强烈的近邻效应，并为自旋三重态超导性研究开辟了新途径。

ABSTRACT

Ferromagnetic SrRuO3 thin films are deposited on the ab-surface of single crystals of the spin-triplet superconductor Sr2RuO4 as substrates using pulsed laser deposition. The films are under a severe in-plane compressive strain. Nevertheless, the films exhibit ferromagnetic order with the easy axis along the c-direction below the Curie temperature of 158 K. The electrical transport reveals that the SrRuO3/Sr2RuO4 interface is highly conducting, in contrast with the interface between other normal-metals and the ab-surface of Sr2RuO4. Our results will stimulate the investigations on proximity effects between a ferromagnet and a spin-triplet superconductor.

研究动机与目标

• 构建铁磁体与自旋三重态超导体之间的异质结构，以研究近邻效应。
• 探究面内压缩应变对 SrRuO3 薄膜中铁磁有序的影响。
• 探测 SrRuO3 与 Sr2RuO4 的 ab 面之间的界面电输运特性。
• 探索此类异质系统中新型自旋电子学与拓扑量子现象的潜力。

提出的方法

• 采用脉冲激光沉积法在单晶 Sr2RuO4 基底的 ab 面上外延生长 SrRuO3 薄膜。
• 由于 SrRuO3 与 Sr2RuO4 之间的晶格失配，诱导了面内压缩应变。
• 通过温度依赖的磁化率测量表征铁磁特性，以确定居里温度。
• 进行电输运测量以评估界面电导率和近邻效应。
• 通过磁各向异性分析确定 c 轴为磁化易轴。
• 由于 Sr2RuO4 本身具有自旋三重态配对特性，分析系统中可能存在的自旋三重态近邻效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 当在 Sr2RuO4 上外延生长时，铁磁性 SrRuO3 是否能在严重的面内压缩应变下维持其磁有序？
• RQ2 SrRuO3 与 Sr2RuO4 的 ab 面之间的界面电导率与其它正常金属相比如何？
• RQ3 该界面是否支持近邻诱导的自旋三重态配对或其他奇异的超导关联？
• RQ4 应变 SrRuO3 薄膜的磁各向异性如何？其对自旋输运有何影响？
• RQ5 该异质结构能否作为研究自旋三重态超导体近邻效应的原型？

主要发现

• 即使在严重的面内压缩应变下，SrRuO3 薄膜仍表现出居里温度为 158 K 的铁磁有序。
• c 轴被确定为磁化易轴，表明薄膜具有强烈的单轴各向异性。
• SrRuO3/Sr2RuO4 界面表现出高电导率，与其它正常金属/Sr2RuO4 界面通常表现出的绝缘行为形成鲜明对比。
• 观测到的界面电导率表明存在强烈的电子耦合及潜在的近邻效应。
• 该体系在与自旋三重态超导体形成的异质结构中表现出稳定的铁磁态，为未来研究自旋三重态近邻效应提供了可能。
• 结果建立了一个可行平台，可用于探索异质系统中拓扑超导性和马约拉纳束缚态。