8月19日，鐵磁和超導作為固體世界里的兩大量子現(xiàn)象，不僅是前沿的基礎科學研究方向，而且已經(jīng)產(chǎn)生了磁存儲、醫(yī)用核磁等重要應用。磁性與超導通常是互斥的，所以將兩者在同一材料結(jié)合從而形成所謂的超導鐵磁體或磁性超導體具有很大挑戰(zhàn)性。目前已知的超導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，清華大學物理系張定、南方科技大學薛其坤等團隊合作報道了一種具有高溫超導電性和接近室溫的巡游鐵磁性的超導鐵磁材料，其超導與鐵磁共存溫度突破了紀錄。

圖1.樣品器件示意圖以及電場調(diào)控下無磁低溫超導態(tài)與高溫超導鐵磁態(tài)間的來回切換

圖2.超導與鐵磁共存的材料體系。紅色菱形代表本工作中報道的高溫超導鐵磁體

物理系團隊長期開展超導的固態(tài)離子調(diào)控研究，先后取得了超導態(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，研究團隊與復旦大學、南京大學、中國人民大學以及中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院強磁場科學中心的研究人員合作開展了鐵硒單晶薄膜的調(diào)控、表征及分析。研究團隊首先通過柵極調(diào)控對鐵硒（FeSe）薄膜進行了電控鋰離子注入，發(fā)現(xiàn)該體系不僅具有超導溫度為45K的高溫超導電性，而且具有顯著的巡游鐵磁性，其居里溫度超過225K。通過電場控制，團隊還可以在同一材料中實現(xiàn)無磁低溫超導態(tài)和高溫超導鐵磁態(tài)的來回切換。這一新型超導鐵磁材料的磁電阻和霍爾電阻在庫珀對凝聚過程中均展現(xiàn)出豐富的演化行為。掃描超導量子干涉儀的高分辨空間成像結(jié)果表明超導與鐵磁在微米尺度下共存。特別的是，在施加特定磁場以極化電子自旋時，該超導鐵磁材料的超導溫度得到了進一步提升，表明鐵磁與超導有顯著的耦合，可能存在高溫下的自旋三重態(tài)配對。理論計算指出，鋰離子的嵌入容易誘導鐵硒的基態(tài)向鐵磁態(tài)演化。鋰插層鐵硒作為一種超導鐵磁材料，具有目前世界上最高的超導與巡游鐵磁性共存的溫度，有望推動高溫超導電子學與自旋電子學的融合，帶來革命性的低功耗器件。

相關(guān)研究成果以“作為高溫超導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）。

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