中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，简称SHMFF）是国家发改委支持的“十一五”国家重大科技基础设施。SHMFF法人单位是中国科学院合肥物质科学研究院，共建单位是中国科学技术大学。各项任务以中国科学院强磁场科学中心为依托完成... 更多简介 +
近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户清华大学张定和薛其坤团队，借助SHMFF所属水冷磁体WM5，通过电场调控技术，成功实现了锂插层铁硒样品中超导态与铁磁态在创纪录高温条件下的稳定共存。相关研究成果以“Lithium intercalated FeSe as a high-temperature superconducting ferromagnet”为题，在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
高温超导电性与铁磁性作为两种相互竞争的物理现象，其在同一材料体系中的共存被认为是实现新型量子功能器件的关键。张定和薛其坤研究团队首先通过栅极调控对铁硒(FeSe)薄膜进行了锂离子注入，发现该体系不仅具有超导温度为45 K的高温超导电性，而且具有显著的巡游铁磁性，其居里温度超过225 K。通过电场控制，团队还可以在同一材料中实现无磁低温超导态和高温超导铁磁态的来回切换。这一新型超导铁磁材料的磁电阻和霍尔电阻在库珀对凝聚过程中均展现出丰富的演化行为。
图1. 电场调控下铁硒样品在非磁性超导态与高温超导铁磁态间的可逆转换
实验中，研究团队不仅开展了磁场条件下的电输运测量，还利用扫描超导量子干涉装置对样品进行了高分辨率成像。结果表明，在超导转变温度以下，超导态与铁磁态在空间上实现了稳定共存。此外，研究发现施加面内磁场能够增强体系的超导性。为了进一步探究超导态在极强磁场下的行为，验证超导与铁磁性的强相互作用机制，并揭示非常规超导配对的可能性，研究团队在SHMFF水冷磁体WM5中进行了测量（最高测量至35 T）。在极强磁场条件下，体系恢复至传统的响应行为。这种非单调的响应暗示可能存在自旋极化的库珀对，反映出铁磁性与超导性的强耦合。值得注意的是，这种行为仅发生在±1.5°范围内，这对实验中的角度控制精度提出了极高要求。研究团队在高场测量中使用的样品杆配备了高精度角度调节装置，能够满足对这一关键角度范围的精准控制需求。
图2. 在面内磁场下增强的超导性与高场下输运测量结果
此外，密度泛函理论计算进一步指出，当锂掺杂浓度达到约50%时，体系呈现铁磁态，为实验观测提供了有力的理论支持。
此项研究不仅对铁基超导体的配对机制具有重要意义，也为高温超导电子学与高温铁磁自旋电子学的融合开辟了新途径，进而推动低功耗器件的发展。
清华大学物理系博士生胡祎、复旦大学博士生梁可一和南京大学博士生李婕为文章的共同第一作者，通讯作者为南京大学物理学院卢毅教授、复旦大学物理系王熠华研究员、南方科技大学薛其坤教授和清华物理系张定副教授。
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