在超导电子系统中,铁磁性往往是与超导电性不兼容,因为磁性不仅会破坏超导电子Cooper对的空间相位结构,而且还会破坏其自旋结构。实验上探索与研究新型超导量子体系中存在着铁磁行为特性一直以来都是凝聚态物理前沿研究领域中最具挑战性的任务之一。最近,我们在具有强自旋-轨道耦合的新型异质界面超导体KTaO3中观测到铁磁长程有序性,表明铁磁性与超导电性的共存。利用脉冲激光沉积技术在实验研究层面上成功地制备出高质量的LaAlO3/KTaO3(111)和YAlO3/KTaO3(111)异质界面超导体并通过超导量子干涉仪磁学表征手段,观测到面内铁磁性的磁滞回线行为。同时,我们还开展第一性原理计算模拟和X射线磁圆振二向色性实验,揭示出KTaO3异质界面系统中的超导电性和铁磁性均来源于异质界面处的氧空位引起的Ta 5d轨道电子,即铁磁性和超导电性的本征共存。此外,我们还利用低温电学输运特性表征手段在KTaO3异质界面系统的超导相中观测到反常量子霍尔效应和面内磁阻的蝶形曲线,进一步表明KTaO3异质界面超导体中的铁磁性和超导电性的本征共存行为。
目前,该科研工作已经在国际顶级学术刊物Nano Letters杂志上正式发表[Z. Ning, Wei Li, et al., Nano Letters 24, 7134 (2024)], 其中第一作者为复旦大学物理学系在读研究生宁中锋同学。