Hoge temperatuur (Tc) supergeleiding ontstaat typisch uit antiferromagnetische isolatoren, en supergeleiding en ferromagnetisme sluiten elkaar altijd uit. Onlangs, Xianhui Chen's groep aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China observeerde een elektrisch veld gecontroleerde omkeerbare overgang van supergeleider naar ferromagnetische isolator in (Li, Fe)OHFeSe dunne vlok. Dit werk biedt een uniek platform om de relatie tussen supergeleiding en ferromagnetisme in op Fe gebaseerde supergeleiders te bestuderen en kan enige aanwijzing geven over het begrip van het elektronenpaarmechanisme dat verder gaat dan conventionele elektron-fonon-supergeleiding.

De relatie tussen supergeleiding en magnetisme is de sleutel tot het begrijpen van het elektronenpaarmechanisme dat verder gaat dan conventionele elektron-fonon-supergeleiding. Het beheersen van het magnetisme in de buurt van het supergeleidende gebied zou de concurrerende of verweven elektronische toestanden in supergeleidende en magnetische fasen kunnen verklaren. Het moduleren van de draaggolfdichtheid via veldelektrische transistors (FET) is een van de meest effectieve manieren om de collectief geordende elektronische toestanden in de fysica van de gecondenseerde materie te manipuleren. Echter, alleen de dragerconcentratie op het oppervlak van materialen kan worden afgestemd met conventionele poorttechniek en het beheersen van de ladingsdichtheid in de bulk wordt geplaagd door de Thomas-Fermi-screening. Onlangs, een nieuw type FET is ontwikkeld met behulp van vaste ionengeleider (SIC) als poortdiëlektricum. In zo'n SIC-FET, het elektrische veld kan niet alleen de draaggolfdichtheid afstemmen om elektronische faseovergangen te induceren, maar ook ionen in een kristal drijven om het van de ene kristallijne fase naar de andere te transformeren.

Door deze nieuw ontwikkelde poorttechniek, Xianhui Chen's groep aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China observeerde een elektrisch veld gecontroleerde omkeerbare overgang van supergeleider naar ferromagnetische isolator in (Li, Fe)OHFeSe dunne vlok. Met behulp van SIC-FET, Li-ionen kunnen in de (Li, Fe)OHFeSe dunne vlok door elektrisch veld. Wanneer de Li-ionen in eerste instantie in de dunne vlok worden gedreven, Li-ionen vervangen het Fe in de hydroxidelagen en de Fe-ionen die door Li worden uitgestoten, kunnen weg migreren van de hydroxidelagen om de vacatures in de selenidelagen te vullen. Zodra de vacatures zijn vervuld, de dunne vlok bereikt de optimale Tc ~ 43 K. Met verdere Li-injectie, de uit de hydroxidelagen geëxtrudeerde Fe-ionen migreren naar de interstitiële plaatsen, en dan worden de interstitiële Fe-ionen geordend en leiden uiteindelijk tot een ferromagnetische orde op lange afstand. Dus, een koepelvormige supergeleidende fase met optimale Tc (=43 K) wordt continu afgestemd op een ferromagnetische isolerende fase, die een elektrisch veld-gecontroleerd kwantumkritisch gedrag vertoont. Het apparaat is gefabriceerd op een massieve ionengeleider, die omkeerbaar collectief geordende elektronische toestanden van de materialen kan manipuleren en nieuwe metastabiele structuren kan stabiliseren door elektrisch veld. Dit werk maakt een weg vrij om toegang te krijgen tot metastabiele fasen en om structurele fasetransformatie en fysieke eigenschappen door het elektrische veld te regelen.

Deze verrassende bevindingen bieden een uniek platform om de relatie tussen supergeleiding en ferromagnetisme in op Fe gebaseerde supergeleiders te bestuderen. Dit werk demonstreert ook de superieure prestaties van SIC-FET bij het reguleren van de fysieke eigenschappen van gelaagde kristallen en de mogelijke toepassingen ervan voor multifunctionele apparaten.