电场调控的超导体-铁磁绝缘体相变

来源：中国科学杂志社

高温超导电性通常在母体为反铁磁绝缘体的材料中发现，并且超导和铁磁在一般情况下是不相容的。最近，中国科学技术大学陈仙辉教授团队在(Li,Fe)OHFeSe薄层样品中观察到了电场调控的超导体到铁磁绝缘体的可逆相变。这些发现为研究铁基超导体中超导与铁磁的关系提供了独特平台，并为揭秘非传统超导电性的电子配对机制提供线索。相关论文以封面文章发表于Science Bulletin 2019年第10期。

探索超导和磁性的关系是非传统超导电性研究的关键。在超导区间附件调控磁性可以研究超导相和磁性相的竞争或合作关系，有助于揭秘非传统超导电性的电子配对机制。通过场效应管技术改变材料的载流子浓度来调控关联电子相是凝聚态物理中最有效的研究手段之一。然而，传统的门电压技术对载流子的调控只局限在样品表层，对块材无能为力，这严重阻碍了人们对块材中新奇物性的探索。最近，一种以固态离子导体为电介质的场效应管技术迅速发展。通过这种固态离子导体场效应管技术，电场不仅可以通过改变载流子浓度来诱导电子相变，而且可以把离子注入样品内部导致结构相变。

通过这种最新发展的门电压技术，中国科学技术大学的陈仙辉教授团队在(Li,Fe)OHFeSe薄层样品中观察到了电场调控的超导体到铁磁绝缘体的可逆相变。利用固态离子导体场效应管，Li离子可以在电场的驱动下注入或抽出(Li,Fe)OHFeSe薄层样品。随着Li离子注入样品，Li离子可以取代(Li,Fe)OH层的Fe离子，被取代的Fe离子游离到FeSe层，弥补里面的Fe缺位。当FeSe层的缺位被完全填满后，样品的超导转变温度达到43K。进一步注入Li离子，从(Li,Fe)OH层取代出的Fe离子游离到间隙位置，最终形成有序态，形成长程铁磁态。因此，最佳超导为43K的超导相逐渐转变为铁磁绝缘相。(Li,Fe)OHFeSe场效应管器件制作在固态离子导体上，这种场效应管不仅可以对材料的关联电子态进行可逆调控，而且可以通过电场获得新的亚稳相。这个工作为通过电场获得亚稳相提供途径，并且在调控物理性质的同时诱导结构相变。

门电压调控(Li,Fe）OHFeSe薄层样品的相图

这些发现为研究铁基超导体中超导与铁磁的关系提供了独特平台，并且说明固态离子导体场效应管在层状材料物性调控方面的卓越能力和多功能器件上的潜在应用价值。