Історія вивчення взаємодії між феромагнітними та надпровідними матеріалами налічує кілька десятиліть. Надпровідність і феромагнетизм традиційно сприймаються як конкуруючі стани. Дослідження вже давно показали, що в тривимірних (які містять щонайменше десятки атомних шарів) системах присутність феромагнітів може пригнічувати надпровідність. Новий поштовх до розвитку фізики ефектів близькості дало відкриття двовимірних матеріалів (часто також називаних ван-дер-ваальсовими). Ці матеріали, що володіють унікальними фізичними властивостями, роблять можливим створення гетероструктур, які мають унікальні фізичні властивості, що пропонується використовувати у високотехнологічних застосуваннях, таких як квантові комп'ютери та передові сенсори.
Дослідники зосередили свою увагу на ефекті близькості в бішарових 2D гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, використовуючи як приклад надпровідник NbSe2 та феромагніт VSe2. Проблема взаємодії між магнітними та надпровідними властивостями у ван-дер-ваальсових гетероструктурах представляє особливий інтерес через те, що границею розділу між матеріалами, по суті, є вся гетероструктура.
Ефекти близькості являють собою явища, що виникають з взаємного впливу електронів з різних матеріалів один на одного. Навіть у тривимірних гетероструктурах взаємодія між різними шарами може сильно варіюватися залежно від їхньої товщини та природи матеріалів. У випадку двовимірних гетероструктур різноманітність можливих ефектів стає ще більшою.
Крім того, двовимірні матеріали мають цікаву особливість: їхні електронні властивості можуть значно регулюватися шляхом прикладання напруги затвора. У контексті гетероструктур (шарових структур з різних матеріалів) цей метод дозволяє керувати взаємодією між шарами. За допомогою моделювання багатошарових систем з використанням електронних спектрів окремих шарів, дослідники з'ясували, що вплив феромагнітів на надпровідність може бути значно посилено за рахунок прикладання напруги затвора.
У ході роботи вчені провели моделювання системи з використанням гамільтоніана сильної зв'язаності, що дозволило проаналізувати залежності надпровідного параметра порядку від обмінного поля феромагнітного шару. Детальні розрахунки електронних спектрів були проведені за допомогою методу теорії функціоналу густини.
Малюнок 1. Структура бішару NbSe2/VSe2. Джерело: Physical Review Materials.
Отримані результати продемонстрували, що поведінка системи може мати різноманітні характеристики залежно від хімічних потенціалів і ступеня гібридизації між шарами. Вони надають можливість не тільки глибше зрозуміти фізику взаємодій у багатошарових гетероструктурах, але й відкривають нові можливості в проектуванні високоефективних пристроїв на основі 2D-матеріалів з метою застосування в спінтроніці.
Коментарі