Proximity-Induced Superconductivity in Ferromagnetic Fe3GeTe2 and Josephson Tunneling through a van der Waals Heterojunction

凝聚态物理 超导电性 铁磁性 量子隧道 异质结 范德瓦尔斯力 约瑟夫森效应 材料科学 邻近效应(电子束光刻) 物理 纳米技术 量子力学 分子 抵抗 电子束光刻 图层(电子)
作者
Guojing Hu,Changlong Wang,Jingdi Lu,Yuanmin Zhu,Chuanying Xi,Xiang Ma,Yutong Yang,Ying Zhang,Shasha Wang,Meng Gu,Jinxing Zhang,Yalin Lu,Ping Cui,Guorui Chen,Wenguang Zhu,Bin Xiang,Zhenyu Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c16050
摘要

Synergy between superconductivity and ferromagnetism may offer great opportunities in nondissipative spintronics and topological quantum computing. Yet at the microscopic level, the exchange splitting of the electronic states responsible for ferromagnetism is inherently incompatible with the spin-singlet nature of conventional superconducting Cooper pairs. Here, we exploit the recently discovered van der Waals ferromagnets as enabling platforms with marvelous controllability to unravel the myth between ferromagnetism and superconductivity. We report unambiguous experimental evidence of superconductivity in few-layer ferromagnetic Fe3GeTe2 (FGT) proximity coupled to a superconducting NbSe2 overlayer through an insulating spacer, demonstrating coexistence of these two seemingly antagonistic orderings. Our transport measurements reveal a sudden resistance drop to zero in FGT below the superconducting critical temperature of NbSe2 and detect a Josephson supercurrent through the NbSe2/insulator/FGT van der Waals junction. Furthermore, using anomalous Hall effect and magnetic force microscopy characterizations, we confirm that FGT preserves its ferromagnetism in the superconducting regime. Our central findings reveal the microscopic harmony between ferromagnetism and superconductivity and render these systems immense technological potentials.
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