超導體（S）和鐵磁體（F）之間的界面是凝聚態物理研究的熱點。二者界面耦合產生了較多有趣的物理現象。S/F界面的磁近鄰效應是由界面兩側的電子自旋之間的交換相互作用，導致抑制磁序或出現非傳統超導電性。當磁性材料靠近超導體時，磁場進入超導體內僅幾納米的區域并破壞庫珀對，致使界面的超導行為發生空間變化，影響兩側材料的宏觀物理特性。當前，超導自旋電子學已成為新興領域，對實現無耗散自旋邏輯和存儲技術具有重要作用。

目前，在不同的材料體系中S/F界面磁鄰近效應的基本機制存在爭議。此前，有研究在金屬合金構成的S/F異質結中觀測到超導轉變溫度隨著鐵磁層厚度變化而振蕩的現象，表明該系統因強交換場導致超導配對波可能存在特殊的傳輸方式。隨著先進薄膜制備技術的發展，科研人員開始研究單晶氧化物S/F異質界面如高溫超導體（YBa₂Cu₃O₇）/自旋極化半金屬鐵磁體（La1-_xCa_xMnO₃）界面。研究發現，該界面磁矩減小且界面兩側過渡金屬離子的自旋反平行，并受到磁性層的電子態、S 層厚度、非均勻的域結構等因素的影響。科研人員在S/F異質結中觀察超導轉變溫度抑制、轉變寬度增加和自旋閥特性發現，這類特殊的界面在發展超導自旋電子學器件方面有所裨益。

中國科學院物理研究所研究員郭爾佳和中國科學院院士金奎娟等，運用射頻氮原子源輔助的脈沖激光沉積技術在藍寶石襯底上制備了Fe₃N/VN異質結，并對其結構進行表征。X射線衍射曲線表明，Fe₃N和VN薄膜均沿<111>晶相生長，具有較好的結晶質量。高分辯掃描透射電鏡結果表明，藍寶石襯底與異質結、異質結之間的界面具有原子級平整度、原子有序排列和低化學混雜的特點。該研究利用低溫下電學和磁學表征了Fe₃N/VN異質結的電阻和磁矩隨溫度與磁場的變化關系。研究發現，受到鐵磁性Fe₃N的影響，Fe₃N/VN異質結的超導轉變溫度下降了約1.5 K，Ginzburg-Landau相干長度和平均自由程均增加了約20%。在低場和超導轉變溫度以下，Fe₃N/VN異質結的飽和磁矩、矯頑場和超導臨界場均增加，表明VN界面層可能存在Fe₃N近鄰效應引入的凈磁矩。

進一步，該研究利用中國散裂中子源的中子譜儀測量Fe₃N/VN異質結的極化中子反射譜。研究表明，在VN薄膜中臨近界面的約5納米區域存在約60.3 ± 2.4 kA/m的凈磁矩。同時，該磁矩方向與鐵磁薄膜中的磁矩方向排列一致。研究通過變溫和變磁場的極化中子反射譜發現，只有當VN處于超導態時VN的界面才具有凈磁矩。這一反常的界面磁性特征與過去在YBa₂Cu₃O₇/La₁-_xCa_xMnO₃氧化物界面和合金界面的自旋排列反平行的規律不同。研究通過第一性原理計算發現，Fe₃N/VN界面具有d軌道重構和界面電荷轉移現象，以及過渡金屬離子之間的自旋滿足Heisenberg直接交換耦合，且耦合常數J約為4.28 meV。該工作觀測到全氮化物超導/鐵磁異質界面獨特的磁近鄰效應，并對構建超導自旋電子學器件中的三重超電流自旋閥和“π”約瑟夫遜結等關鍵元件具有一定的推動作用。

相關研究成果以Syntropic spin alignment at the interface between ferromagnetic and superconducting nitrides為題，發表在《國家科學評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家重點研發計劃“量子調控與量子信息”專項、國家自然科學基金區域創新發展聯合基金和原創探索計劃項目、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃和特別研究助理資助項目、中國博士后基金等的支持。