根据BCS理论，铁磁性会破坏超导配对，因此铁磁性和超导通常是不能共存的；而超导和铁磁态的共存往往会演生出许多新奇物态，如自旋三重态的非常规超导体等。近期，清华大学物理系张金松课题组及合作者在非晶CaZrO₃/KTaO₃(111)界面处，发现了超导和铁磁共存态，为研究超导和铁磁相互作用提供了一个新的体系。该研究成果以“Magnetotransport evidence for the coexistence of two-dimensional superconductivity and ferromagnetism at (111)-oriented a-CaZrO₃/KTaO₃ interfaces”为题发表在2025年3月28日的《自然·通讯》(Nature communications)。

       研究团队发现，对超导态a-CZO/KTO(111)样品施加一个小的面内磁场，当磁场经过矫顽场处时，样品电阻出现一有限电阻峰；当样品自旋全部反向极化后，电阻峰消失，样品重新回归零电阻态（图1）。超导态内的磁阻回滞曲线表明，在样品中存在与超导共存的长程铁磁序。

图1. 超导态内的磁阻回滞

       进一步研究显示，磁阻峰大小显著依赖于温度、样品载流子浓度和扫场速率（图2），磁阻峰在温度略低于超导转变温度时达到最大值，且仅在低载流子浓度样品中存在，同时磁阻峰随着扫场速率增加而变大，表明样品涡旋运动符合热激发相滑移模型。理论计算表明，磁性来自于Ta原子5d_yz轨道的贡献，且样品基态满足Stoner铁磁判据。

图2. 磁阻峰的载流子浓度和扫场速率依赖

       清华大学物理系张金松副教授，北京航空航天大学集成电路学院张慧副教授和赵巍胜教授、中国科学院物理研究所孙继荣研究员为该工作的通讯作者。北京航空航天大学集成电路学院张慧副教授和硕士生肖洢柟、清华大学物理系2020级博士生高琦璇和中国科学院北京纳米能源与系统研究所吴宁助理研究员为该工作的共同第一作者。该工作受到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委等资助。

       文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58300-9