Отзыв_вед.орг (Эффект близости в джозефсоновских структурах с составными магнитными прослойками)

нУ ГВЕРЖДАВУг Директор ИФТТ РАН отзыв ведущей организации на диссертацию С.В. Бакурского «Эффект близости в джозефсоновскнх структурах с составным~ магнитными прослойкамнхз представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.04 — физпческая электроника. Большой интерес к гибридным структурам с ферромагнитными, нормальнометаллпческими и сверхпроводящими слоямн связан в настоящее время, прежде всего, с началом акгивного практического использования магниторезистивных явлений в элементах памяти и считывающих устройствах современной вычислительной техники.

Открытие эффекта гигантского магнетосопротивления в многослойных Г/Ж системах ~Р- ферромагнетнк, И - нормальный металл) было удостоено Нобелевской премии по физике 2007 г. В последние годы активно исследуются также многослойные системы со сверхпроводннками ~гибридные 8/Р структуры), использующие особенности сосуществование ферромагнетизма и сверхпроводимости. В таких структурах были теоретически предсказаны и экспериментально наолюдались эффекты «спинового клапана»„ инверсии сверхпроводящей фазы (л-состояние) и др., открывающие новые области научных исследований и практических применений.

Диссертацпя С.В, Бакурского посвящена теоретическому изучению эффектов близостп, когерентных процессов и явлений со сдвигом разностп фаз в джозефсоновских структурах, содержащих сложные многослойные барьеры из нормальных, ферромагнитных и диэлектрических слоев. Исследованные явления и полученные результаты могут быль использованы при создании элементов памяти и фазосдвигающих элементов в новых поколениях сверхпроводнпковой электроники.

Тема представленной диссертации, несомненно, актуальна, как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Диссертация состоит из Введения, четырех оригинальных глав н Заключения, она основана на 9 работах, опубликованных в ведущих российских и зарубежных научных журналах. Результаты представлены также в трудах десяти российских и международных конференций н в двух пагентах, Во Введении представлен анализ актуальности исследований гибридных джозефсоновских структур с магнитными слоями, дан оозор теоретических и экспериментальных работ в этой области, определены цели и задачи выполненных в диссертации исследований.

а также их научная и практическая ценность; перечислены положения, выносимые на защиту, представлена структура диссертации. Перви глава диссертации посвящена теоретическому анализу Я-Р-Б и Б-Г/Х-Я джозефсоновских переходов, содержащих ферромагнитные барьеры с продольной ~вдоль перехода) и поперечной магнитной доменной структурой. На основе использования уравненцй Узаделя изучен эффект близости и сверхпроводящий транспорт в таких переходах.

Показано, что величины и соотношение действительной и мнимой частей длины когерентностн в магнитном барьере определяются размерами магнитных доменов и их ориентацией в переходе. Иаличие доменной структуры, фактически, приводят к двум вкладам в эффект близости. соответствующим эффекту близости в БГ и ЯМ структурах. Показано также, что подбором толщин ферромагнитных слоев, а также чередукнцихся с ними нормальных слоев можно смоделировать искусственный ферромагнетик с заданными магнитными свойствами, которые нужны, чтобы обеспечить заданную плотность критического тока и период осцилляций сверхпроводящего параметра порядка. Во второй главе диссертации также с помощью уравнений Узаделя исследованы структуры, в которых в качестве джозефсоновских барьеров используются МГ-бислои, соединяющие сверхпроводящие электроды перехода так, что возникает два параллельных Х- и Г- канала.

Основной задачей являлось изучение ток-фазовых соотношений в таких структурах и моделирование джозефсоновских у-контакгов с заданным сдвигом разности фаз у в основном состоянии контакта (в отсутствие приложенных токов и магнитных полей). Известно, что устойчивое ~р-состояние достигается в случае, когда вторая Фурье- компонента ток-фазового соотношения больше первой и имеет отрицательный знак. В обычных ВГЯ контактах вторая Фурье-компонента положительна в области 0-п-перехода, где она больше первой компоненты. В ВХЯ контакгах вторая Фурье-компонента отрицательна но она меньше первой компоненты. Создание параллельных Х- и Г- каналов дает, в принципе, возможность реализовать джозефсоновский ~р-контакт.

Рассмотрено несколько геометрий Я-Х~Г-Я структур с соединением Х- и Г- слоев торцами к Я-электродам (структуры поперечного типа), с нахлестом под 8-электролами (структуры продольного типа) и с торцевым соединением одного слоя и нахлестом для другого (продольно-поперечные структуры). Показано, что <р-состояние можно реализовать в продольных структурах с верхним ферромагнитным слоем (БГХ-ГХ-ХГЯ структурах), а в структурах поперечного типа оно не достигается.

Однако, наибольший диапазон параметров для реализации ~р-контактов предоставляют продольно-поперечные структуры с торцевым соединением Г-слоя. Глава 3 диссертации посвящена теории джозефсоновских двухбарьерных Б1зГЯ структур. Аналитические расчеты вблизи температуры сверхпроводящего перехода Я- слоев выполнены с помощью теории Гинзбурга-Ландау. Иайдена критическая толщина промежуточного з-слоя, ниже которой происходит его переход в нормальное состояние, определены различные режимы сверхпроводящего транспорта через $1зГЯ структуры и соответствующие им ток-фазовые соотношения.

Показано, что критический ток в таком контакте гораздо вьппе по сравнению с током в более простых $1ГБ структурах. Численные расчеты для произвольных температур были выполнены с использованием нелинейных уравнений Узаделя. Отмечено„что главным преимуществом 81зГБ структуры по сравненшо с обычным БГЯ контактом является то, гго при сравнительно толстом (по сравнению с длиной когерентности в сверхпроводнике) промежуточном з-слое характерное джозефсоновское напряжение (в том числе и в -х-состоянии) сравнимо с характерным напряжением в туннельном джозефсоновском переходе„что открывает принципиально новые возможности использования джозефсоновских переходов с магнитными барьерами.

В последней главе диссертации проведено сравнение теоретических расчетов с экспериментом на Я1зГЯ структурах, изготовленных для реализации джозефсоновской мапштной памяти. Показано, что в типичном случае, когда толщина промежугочного зслоя значительно меньше глубины проникновения магнитного поля в сверхпроводник, вся структура ведет себя как единый джозефсоновский переход во внешнем магнитном поле. Показьчю, что такой переход можно использовать как быстродействующий перев почающий элемент для цифровой сверхпроводяшей (КИГИ) электроники. В Заклоченин сформулированы основные результаты диссертации, которые свидетельствуют о том, что в работе теоретически исследован целый ряд новых джозефсоновских контактов с многослойными магнитными барьерами, испытывающих переход в и- и у- состояния со сдвигом разности сверхпроводящих фаз в джозефсоновском ток-фазовом соотношении.

Предложены различные конфигурации многослойного барьера, позволякнпие управлять величиной крнтического тока и состоянием контакта путем перемагничивання слоев. Успешное выполнение задач диссертационной работы основано на прекрасном владенни диссертантом современными теоретическими методами описания гибридных сверхпроводниковых структур. В качестве замечаний можно Отметить слелующие моменты. 1. В Главе 1 рассматривается только выделенный случай, когда среднее по ферромагнитному слою обменное поле (Н~ равно нулю.

Поскольку перемагничиванне используется в ЯГК элементах джозефсоновской памяти, бьшо бы интересно также рассмотреть также случаи (Н~ ~ 0 (использованный формализм вполне позволяет сделать это). 2. Наиболес удобным параметром в эксперименте является температура. В связи с этим. Нузкно отметить. что в Главе 2 недостаточно подробно рассмотрено то, как меняется область оптймальных параметров структур прн изменении температуры. Из текста диссертации ясно, что низкие температуры более выгодны для реализации «р-контактов.

Однако, остается непонятныкп область параметров существования «э-контактов просто становится шире при понижении температуры, илн оиа прн эгом смещается2 Последний вариант позволял бы попадать в <р-состояние в эксперименте подстройкой температуры. 3, По своей тематике Глава 4 диссертации является естественным продолжением третьей главы, НОэтому не Очень понятно ее выделение В Отдельнуэо главу. 4. В тексте диссертации встречаются неаккуратные формулировки. Например: на стр. 11 написано: «..Этот эффект делает невозможным существование ферромагнитного сверхпроводника з-типа». В таком виде эта фраза просто неверна. 5. В диссертации присутствует большое количество опечаток, как в тексте, так и формулах.