8月19日，鐵磁和超導(dǎo)作為固體世界里的兩大量子現(xiàn)象，不僅是前沿的基礎(chǔ)科學(xué)研究方向，而且已經(jīng)產(chǎn)生了磁存儲(chǔ)、醫(yī)用核磁等重要應(yīng)用。磁性與超導(dǎo)通常是互斥的，所以將兩者在同一材料結(jié)合從而形成所謂的超導(dǎo)鐵磁體或磁性超導(dǎo)體具有很大挑戰(zhàn)性。目前已知的超導(dǎo)鐵磁材料還十分稀少，而且往往工作溫度很低或者兩者的相互作用較弱。近期，清華大學(xué)物理系張定、南方科技大學(xué)薛其坤等團(tuán)隊(duì)合作報(bào)道了一種具有高溫超導(dǎo)電性和接近室溫的巡游鐵磁性的超導(dǎo)鐵磁材料，其超導(dǎo)與鐵磁共存溫度突破了紀(jì)錄。

圖1.樣品器件示意圖以及電場(chǎng)調(diào)控下無(wú)磁低溫超導(dǎo)態(tài)與高溫超導(dǎo)鐵磁態(tài)間的來(lái)回切換

圖2.超導(dǎo)與鐵磁共存的材料體系。紅色菱形代表本工作中報(bào)道的高溫超導(dǎo)鐵磁體

物理系團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期開(kāi)展超導(dǎo)的固態(tài)離子調(diào)控研究，先后取得了超導(dǎo)態(tài)新奇量子振蕩、磁通渦旋熵指數(shù)衰減等系列發(fā)現(xiàn)。在最新的工作中，研究團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、中國(guó)人民大學(xué)以及中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心的研究人員合作開(kāi)展了鐵硒單晶薄膜的調(diào)控、表征及分析。研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)柵極調(diào)控對(duì)鐵硒（FeSe）薄膜進(jìn)行了電控鋰離子注入，發(fā)現(xiàn)該體系不僅具有超導(dǎo)溫度為45K的高溫超導(dǎo)電性，而且具有顯著的巡游鐵磁性，其居里溫度超過(guò)225K。通過(guò)電場(chǎng)控制，團(tuán)隊(duì)還可以在同一材料中實(shí)現(xiàn)無(wú)磁低溫超導(dǎo)態(tài)和高溫超導(dǎo)鐵磁態(tài)的來(lái)回切換。這一新型超導(dǎo)鐵磁材料的磁電阻和霍爾電阻在庫(kù)珀對(duì)凝聚過(guò)程中均展現(xiàn)出豐富的演化行為。掃描超導(dǎo)量子干涉儀的高分辨空間成像結(jié)果表明超導(dǎo)與鐵磁在微米尺度下共存。特別的是，在施加特定磁場(chǎng)以極化電子自旋時(shí)，該超導(dǎo)鐵磁材料的超導(dǎo)溫度得到了進(jìn)一步提升，表明鐵磁與超導(dǎo)有顯著的耦合，可能存在高溫下的自旋三重態(tài)配對(duì)。理論計(jì)算指出，鋰離子的嵌入容易誘導(dǎo)鐵硒的基態(tài)向鐵磁態(tài)演化。鋰插層鐵硒作為一種超導(dǎo)鐵磁材料，具有目前世界上最高的超導(dǎo)與巡游鐵磁性共存的溫度，有望推動(dòng)高溫超導(dǎo)電子學(xué)與自旋電子學(xué)的融合，帶來(lái)革命性的低功耗器件。

相關(guān)研究成果以“作為高溫超導(dǎo)鐵磁體的鋰插層鐵硒”（Lithium intercalated FeSe as a high-temperature superconducting ferromagnet）為題，于8月7日在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

清華大學(xué)物理系2021級(jí)博士生胡祎、復(fù)旦大學(xué)2021級(jí)博士生梁可一和南京大學(xué)2022級(jí)博士生李婕為論文共同第一作者。南京大學(xué)物理學(xué)院教授盧毅、復(fù)旦大學(xué)物理系研究員王熠華、南方科技大學(xué)教授薛其坤和清華大學(xué)物理系副教授張定為論文通訊作者。