Диссертация (1105377), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Àâòîðîì ëè÷íî áûëè ðàçðàáîòàíû ïðîãðàììû äëÿ ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííûõ çàäà÷, ïðîâåäåíû êàê ÷èñëåííûå, òàê è àíàëèòè÷åñêèå ðàñ÷åòûäëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðåäñòàâëåííûõ ðåçóëüòàòîâ. Ñîâìåñòíî ñ ñîàâòîðàìè äèññåðòàíò íåïîñðåäñòâåííî ó÷àñòâîâàë â ïîñòàíîâêå çàäà÷è, íàïèñàíèè íàó÷íûõ ñòàòåé, ïîäãîòîâêåè ïðåäñòàâëåíèè äîêëàäîâ è ïîñòåðîâ íà íàó÷íûõ êîíôåðåíöèÿõ.Ñòðóêòóðà è îáúåì ðàáîòûÄèññåðòàöèÿ ñîñòîèò èç ââåäåíèÿ, ÷åòûðåõ ãëàâ, çàêëþ÷åíèÿ è ñïèñêà ëèòåðàòóðû.
Îáúåì äèññåðòàöèè - 120 ñòð., âêëþ÷àÿ 31 ðèñóíîê è 1 òàáëèöó. Ñïèñîê ëèòåðàòóðûñîñòîèò èç 117 íàèìåíîâàíèé.Ñîäåðæàíèå ðàáîòûÂî ââåäåíèè äàí êðàòêèé îáçîð òåîðåòè÷åñêèõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðàáîò,îòíîñÿùèõñÿ ê òåìå äèññåðòàöèè, îáîñíîâàíà åå àêòóàëüíîñòü, ñôîðìóëèðîâàíû öåëèè çàäà÷è ðàáîòû, ïåðå÷èñëåíû îñíîâíûå ðåçóëüòàòû, ïðåäñòàâëÿåìûå íà çàùèòó, äàíîêðàòêîå îïèñàíèå ñîäåðæàíèÿ ãëàâ äèññåðòàöèè.16Ãëàâà 1 ïîñâÿùåíà òåîðåòè÷åñêîìó èññëåäîâàíèþ âëèÿíèÿ äîìåííîé ñòðóêòó-ðû ôåððîìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà íà ýôôåêò áëèçîñòè è òîêîâûé òðàíñïîðò â ãåòåðîñòðóêòóðàõ èç ñâåðõïðîâîäíèêà è ôåððîìàãíåòèêà.
Äîìåííàÿ ñòðóêòóðà ðàññìàòðèâàåòñÿ â ïðèáëèæåíèè àòîìàðíî òîíêèõ ñòåíîê. Îñîáîå âíèìàíèå óäåëåíî ýôôåêòèâíûìçíà÷åíèÿì õàðàêòåðíûõ äëèí çàòóõàíèÿ ξ1 è ïåðèîäà îñöèëëÿöèé ξ2 ïàðàìåòðà ïîðÿäêà â ñòðóêòóðå, êàê â ñëó÷àå ÷åðåäîâàíèÿ äîìåíîâ âäîëü, òàê è ïîïåðåê SF ãðàíèöû. ðàçäåëå 1.1 èçó÷àþòñÿ ñâîéñòâà äæîçåôñîíîâñêîãî SIFS êîíòàêòà, ñîñòîÿùåãîèç äâóõ ñâåðõïðîâîäÿùèõ ýëåêòðîäîâ S, ðàçäåëåííûõ òóííåëüíûì áàðüåðîì I è ôåððîìàãíèòíîé ïðîñëîéêîé F. Ôåððîìàãíåòèê èìååò äîìåííóþ ñòðóêòóðó, ÷åðåäóþùóþñÿ âäîëü SF ãðàíèöû ñ àíòèïàðàëëåëüíîé îðèåíòàöèåé íàìàãíè÷åííîñòè â ñîñåäíèõäîìåíàõ. Äâóõìåðíàÿ êðàåâàÿ çàäà÷à ðåøåíà àíàëèòè÷åñêè â îáëàñòè ñëàáîé ñâÿçè âðàìêàõ ëèíåàðèçîâàííîãî óðàâíåíèÿ Óçàäåëÿ.  ðàçäåëå 1.1 ïîêàçàíî, ÷òî çàâèñèìîñòüêðèòè÷åñêîãî òîêà IC ïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ çàòóõàþùèå îñöèëëÿöèè,xxΨ(x) = A exp −+ϕ ,cosξ1ξ2(0.1)îòíîøåíèå õàðàêòåðíûõ äëèí çàòóõàíèÿ ξ1 è ïåðèîäà îñöèëëÿöèé ξ2 êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿôóíêöèåé òîëùèíû äîìåíîâ è ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò íóëÿ äî åäèíèöû.
Òàêèì îáðàçîì,ïðåäëîæåí íîâûé ìåõàíèçì, îáúÿñíÿþùèé âîçìîæíûå ïðè÷èíû çíà÷èòåëüíîãî îòëè÷èÿ ξ1 îò ξ2 , íàáëþäàâøåãîñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî â ñòðóêòóðàõ ñ ðàçáàâëåííûìè ôåððîìàãíåòèêàìè, äëÿ êîòîðûõ âûïîëíåíû óñëîâèÿ ãðÿçíîãî ïðåäåëà, â ðàìêàõ êîòîðûõðàíåå òåîðåòè÷åñêèå ìîäåëè ïðåäñêàçûâàëè ïðèìåðíîå ðàâåíñòâî ýòèõ âåëè÷èí. ðàçäåëå 1.2 ðàññìàòðèâàåòñÿ çàäà÷à îá ýôôåêòå áëèçîñòè â áèñëîåñâåðõïðîâîäíèê-ôåððîìàãíåòèê ñ äîìåííîé ñòðóêòóðîé, êîòîðàÿ ïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ íàáîð àíòèôåððîìàãíèòíî óïîðÿäî÷åííûõ ñëîåâ, ÷åðåäóþùèõñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿîò ãðàíèöû ñâåðõïðîâîäíèêà è ôåððîìàãíåòèêà.
×èñëåííûå ðàñ÷åòû ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì ñëîåâ ïîêàçàëè, ÷òî õàðàêòåð ñïàäàíèÿ ñâåðõïðîâîäÿùèõ êîððåëÿöèé âãëóáüôåððîìàãíåòèêà íå ìîæåò áûòü îïèñàí âûðàæåíèåì (0.1) è ïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ ñóïåðïîçèöèþ äâóõ ñëàãàåìûõxxΨ(x) = exp −A + B cos+ϕ.ξ1ξ2(0.2)Ïåðâîå èç íèõ ñîîòâåòñòâóåò êóïåðîâñêèì ïàðàì, ëîêàëèçîâàííûì âíóòðè ôåððîìàã17íèòíîãî ñëîÿ, à äðóãîå - ïàðàì, ðàñïðåäåëåííûì ïî ñëîÿì ñ àíòèôåððîìàãíèòíîé îðèåíòàöèåé.Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åííûå â ãëàâå 1 âûðàæåíèÿ äëÿ ýôôåêòèâíîé ãëóáèíûïðîíèêíîâåíèÿ ñâåðõïðîâîäÿùèõ êîððåëÿöèé â òàêèå ñòðóêòóðû ïîçâîëÿþò ïðîãíîçèðîâàòü ýôôåêòèâíûå ìàòåðèàëüíûå êîíñòàíòû ñëîæíûõ ìàòåðèàëîâ, èõ èçìåíåíèÿ,èíèöèèðîâàííûå ïåðåìàãíè÷èâàíèåì îòäåëüíûõ F ñëîåâ. ãëàâå 2 ðàññìàòðèâàþòñÿ äæîçåôñîíîâñêèå ñòðóêòóðû, ïîçâîëÿþùèå ñîçäàòüìàñøòàáèðóåìûé ϕ-êîíòàêò, äæîçåôñîíîâñêàÿ ôàçà îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ â êîòîðîìèìååò ïðîèçâîëüíóþ âåëè÷èíó (0 < |ϕ| < π).
Äëÿ ýòîãî ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü âêà÷åñòâå îáëàñòè ñëàáîé ñâÿçè ïðîäîëüíî-îðèåíòèðîâàííûé NF-áèñëîé, ñîñòîÿùèé èçíîðìàëüíîãî è ôåððîìàãíèòíîãî ìåòàëëîâ. ðàçäåëå 2.1 ðàññìîòðåíà òåîðèÿ ãåíåðàöèè âòîðîé ãàðìîíèêè òîê-ôàçîâîãî ñîîòíîøåíèÿ â äæîçåôñîíîâñêèõ ïåðåõîäàõ ñ ìåòàëëè÷åñêèì òèïîì ñëàáîé ñâÿçè. Ïðîäåìîíñòðèðîâàíà ñâÿçü ìåæäó ïîÿâëåíèåì ãàðìîíèê âûñîêîãî ïîðÿäêà è öèêëè÷åñêèìèïðîöåññàìè, âêëþ÷àþùèìè íîðìàëüíûå è àíäðååâñêèå îòðàæåíèÿìè.
Ïîêàçàíî, ÷òîïðîöåññ ïåðåíîñà êâàçè÷àñòèö, âêëþ÷àþùèé äâà íîðìàëüíûõ è äâà àíäðååâñêèõ îòðàæåíèÿ, îïèñûâàåò âòîðóþ ãàðìîíèêó òîê-ôàçîâîãî ñîîòíîøåíèÿ. Êà÷åñòâåííûé ðåçóëüòàò, ïîëó÷åííûé â ðàìêàõ ýòîé ìîäåëè, îòâå÷àåò âñåì îñíîâíûì ñâîéñòâàì âòîðîéãàðìîíèêè, èçâåñòíûõ èç òî÷íûõ ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ. ðàçäåëå 2.2 ñôîðìóëèðîâàíà ìîäåëü äëÿ îïèñàíèÿ äæîçåôñîíîâñêèõ ϕêîíòàêòîâ â ðàìêàõ óðàâíåíèé Óçàäåëÿ. Ïðîäåìîíñòðèðîâàí ìåòîä ðåøåíèÿ äâóìåðíîé íåëèíåéíîé êðàåâîé çàäà÷è, ðàçðàáîòàííûé äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñâîéñòâ ñòðóêòóð ñïðîäîëüíî-îðèåíòèðîâàííûì NF-áèñëîåì.
Òàêîé ìåòîä ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòûâàòü ðàñïðåäåëåíèå äæîçåôñîíîâñêîãî òîêà ïî ñòðóêòóðå. ðàçäåëå 2.3 èññëåäóåòñÿ âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ S-FN-S ñòðóêòóðû â êà÷åñòâå ϕ-êîíòàêòà. Ïîäîáíàÿ ãåîìåòðèÿ ñîñòîèò èç FN-áèñëîÿ, çàêëþ÷åííîãî ìåæäóäâóìÿ ìàññèâíûìè ñâåðõïðîâîäÿùèìè ýëåêòðîäàìè. Íà îñíîâå àíàëèòè÷åñêîãî è ÷èñëåííîãî ðåøåíèé ïîêàçàíî, ÷òî íàëè÷èå äâóõ êàíàëîâ ïðîòåêàíèÿ òîêà âäîëü íîðìàëüíîé è ôåððîìàãíèòíîé ïëåíîê ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâàòü ϕ-ñîñòîÿíèå â îêðåñòíîñòèòî÷êè 0 - π ïåðåõîäà.
Ðàññ÷èòàíû îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ ϕ - ñîñòîÿíèÿ è îáíàðóæåíàâîçìîæíîñòü ðàñøèðèòü ýòó îáëàñòü çà ñ÷åò ñëèÿíèÿ äâóõ îêðåñòíîñòåé 0 - π è π - 018ïåðåõîäîâ â îäíó. Àíàëèòè÷åñêè âûâåäåíî îãðàíè÷åíèå íà ìèíèìàëüíûé ïîïåðå÷íûéðàçìåð ϕ-êîíòàêòà, ñâÿçàííîå ñ ýôôåêòîì áëèçîñòè ìåæäó íîðìàëüíîé è ôåððîìàãíèòíîé ïðîñëîéêàìè. ðàçäåëå 2.4 ïðîäåìîíñòðèðîâàíû ðåçóëüòàòû ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ äëÿ ñòðóêòóðû ñî ñâåðõïðîâîäíèêîâûìè ýëåêòðîäàìè ðàñïîëîæåííûìè íàä NF-áèñëîåì. Ïðîèçâåäåíî ñðàâíåíèå äâóõ ñòðóêòóð SNF-NF-FNS è SFN-FN-NFS ñ ðàçíûì ïîðÿäêîì N è Fñëîåâ â îáëàñòè ñëàáîé ñâÿçè.
Ïîêàçàíî, ÷òî ϕ -ñîñòîÿíèå ìîæåò ñóùåñòâîâàòü òîëüêîâ SFN-FN-NFS ñòðóêòóðå çà ñ÷åò íàëè÷èÿ äâóõ êîíêóðèðóþùèõ êàíàëîâ.  SNF-NFFNS ñòðóêòóðå äîìèíèðóþùèì ÿâëÿåòñÿ êàíàë ïðîâîäèìîñòè èç íîðìàëüíîãî ìåòàëëà,èç-çà ÷åãî ðåàëèçàöèÿ ϕ-êîíòàêòà â ñòðóêòóðå ñ òàêîé ãåîìåòðèåé íåâîçìîæíà.Ðàçäåë 2.5 ïîñâÿùåí SN-FN-NS ñòðóêòóðàì ïðîäîëüíî-ïîïåðå÷íîé ãåîìåòðèè. ýòèõ ñòðóêòóðàõ ñâåðõïðîâîäÿùèå ýëåêòðîäû S è ôåððîìàãíèòíûé F ñëîé ìåæäóíèìè ðàñïîëîæåíû íà ïëåíêå èç íîðìàëüíîãî ìåòàëëà N. ×èñëåííûå ðàñ÷åòû è àíàëèòè÷åñêèå ðåøåíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî äàííàÿ ãåîìåòðèÿ ÿâëÿåòñÿ ïðåäïî÷òèòåëüíîé äëÿðåàëèçàöèè ϕ-êîíòàêòîâ, òàê êàê îáåñïå÷èâàåò íàèáîëüøèé äèàïàçîí ïàðàìåòðîâ, ðàçðåøàþùèõ èõ ñóùåñòâîâàíèå. ãëàâå 3 ðàññìîòðåíà òåîðèÿ òîêîâîãî òðàíñïîðòà â SIsFS êîíòàêòàõ.
Ñòðóêòóðà ñîñòîèò èç äâóõ ìàññèâíûõ ñâåðõïðîâîäÿùèõ S ýëåêòðîäîâ è ñëîæíîé ïðîñëîéêèìåæäó íèìè, ñîñòîÿùåé èç òóííåëüíîãî áàðüåðà I, ôåððîìàãíèòíîãî ñëîÿ F è òîíêîéñâåðõïðîâîäÿùåé ïëåíêè s ìåæäó íèìè. Âûäåëåíû îñíîâíûå ðåæèìû òðàíñïîðòà òîêà òàêîé ñòðóêòóðû, îòëè÷àþùèåñÿ êàê àìïëèòóäîé êðèòè÷åñêîãî òîêà, òàê è ìåñòîìëîêàëèçàöèè ôàçîâîãî ñäâèãà â îáëàñòè ñëàáîé ñâÿçè íà òóííåëüíîì áàðüåðå I ëèáîíà ôåððîìàãíèòíîì ñëîå F. Ïîêàçàíî, ÷òî òàêèå ñòðóêòóðû èìåþò âûñîêèé óðîâåíüõàðàêòåðíîãî íàïðÿæåíèÿ IC RN , ÷òî îáåñïå÷èâàåò èõ áûñòðîäåéñòâèå íà óðîâíå òóííåëüíûõ äæîçåôñîíîâñêèõ êîíòàêòîâ. Èññëåäîâàíû ðàñïðåäåëåíèÿ ïîòåíöèàëà è àìëèòóäû ñïàðèâàíèÿ â êàæäîì èç ðåæèìîâ.
Ïîäðîáíî èçó÷åíà îáëàñòü 0 - π ïåðåõîäà âòàêèõ ñòðóêòóðàõ ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ. ðàçäåëå 3.1 ñôîðìóëèðîâàíà êðàåâàÿ çàäà÷à î SIsFS ïåðåõîäå. Äëÿ îïèñàíèÿñòðóêòóðû èñïîëüçîâàíû óðàâíåíèÿ Óçàäåëÿ, äîïîëíåííûå óðàâíåíèåì ñàìîñîãëàñîâàíèÿ è êðàåâûìè óñëîâèÿìè Êóïðèÿíîâà-Ëóêè÷åâà.  ðàìêàõ ýòîé çàäà÷è ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî âñå ìàòåðèàëû ÿâëÿþòñÿ ãðÿçíûìè, à òóííåëüíûé áàðüåð äîñòàòî÷íî âåëèê,19÷òîáû ïðåíåáðå÷ü íàáåãîì ñâåðõïðîâîäÿùåé ôàçû â ýëåêòðîäàõ, à òàêæå îáðàòíûìýôôåêòîì áëèçîñòè â îäíîì èç íèõ.
Îñîáîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ñàìîñîãëàñîâàííîìó îïðåäåëåíèþ ïîòåíöèàëà ñïàðèâàíèÿ â ïðîìåæóòî÷íîì s-ñëîå, çíà÷åíèå êîòîðîãîîïðåäåëÿåò ðåæèì ðàáîòû è ñâîéñòâà ñòðóêòóðû.Ðàçäåë 3.2 ïîñâÿùåí àíàëèòè÷åñêèì ðàñ÷åòàì â âûñîêîòåìïåðàòóðíîì ïðåäåëå. ýòîì ñëó÷àå ñàìîñîãëàñîâàííîå ðåøåíèå â ïðîìåæóòî÷íîé s ïðîñëîéêå ìîæåò áûòüíàéäåíî â ðàìêàõ óðàâíåíèé Ãèíçáóðãà-Ëàíäàó.  ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ çàäà÷è, îáíàðóæåíû îñíîâíûå ðåæèìû ðàáîòû, íàéäåíû àíàëèòè÷åñêèå îáëàñòè ïàðàìåòðîâ, èìñîîòâåòñòâóþùèå, à òàêæå òîê-ôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ äëÿ êàæäîãî èç ðåæèìîâ. Ïîêàçàíî, ÷òî òîê-ôàçîâûå çàâèñèìîñòè èìåþò çàìåòíûå îòêëîíåíèÿ äàæå â îêðåñòíîñòèêðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû TC , è ýòè îòêëîíåíèÿ ñèëüíåå âñåãî ïðîÿâëÿþòñÿ â îáëàñòè0-π ïåðåõîäà.Ðàçäåë 3.3 ïîñâÿùåí ÷èñëåííûì ðàñ÷åòàì çàäà÷è ïðè ïðîèçâîëüíîé òåìïåðàòóðå. Èññëåäîâàíû ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà ñïàðèâàíèÿ è ìåñòî ëîêàëèçàöèè ôàçîâîãîïðûæêà â ðàçíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû SIsFS ñòðóêòóðû.
Ïðè òîëñòîì ïðîìåæóòî÷íîìñâåðõïðîâîäíèêîâîì s-ñëîå, íàõîäÿùåìñÿ â ñâåðõïðîâîäÿùåì ñîñòîÿíèè, ñòðóêòóðàïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ S-I-sfS èëè SIs-F-S ïåðåõîä ñî ñëàáîé ñâÿçüþ, ëîêàëèçîâàííîéíà òóííåëüíîì áàðüåðå (ðåæèì 1à) èëè íà ôåððîìàãíèòíîì F-ñëîå (ðåæèì 1b) ñîîòâåòñòâåííî.  ïðåäåëå ìàëûõ òîëùèí s-ñëîÿ åãî ñîáñòâåííàÿ ñâåðõïðîâîäèìîñòü ïîëíîñòüþ ïîäàâëåíà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ôîðìèðóåòñÿ ñîñòàâíàÿ -InF- îáëàñòü ñëàáîé ñâÿçè(ðåæèì 2). Ïðîäåìîíñòðèðîâàíî ñóùåñòâîâàíèå òåìïåðàòóðíîãî ïåðåõîäà ìåæäó 0 èπ ñîñòîÿíèÿìè. Èññëåäîâàíû òîê-ôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ â îêðåñòíîñòè ýòèõ ïåðåõîäîâ è ïðîäåìîíñòðèðîâàí âêëàä íèçêèõ òåìïåðàòóð â îòêëîíåíèå îò ñèíóñîèäàëüíîéòîê-ôàçîâîé çàâèñèìîñòè è ñóùåñòâîâàíèå çíà÷èòåëüíûõ âûñøèõ ãàðìîíèê ÒÔÇ.
Íàêîíåö, â ðàçäåëå 3.3 ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ïðîâåñòè 0-π ïåðåõîä çà ñ÷åò èçìåíåíèÿýôôåêòèâíîãî îáìåííîãî ïîëÿ â ñòðóêòóðû.Òàêèì îáðàçîì, â ãëàâå 3 áûëè âûÿâëåíû îñíîâíûå ðåæèìû ðàáîòû SIsFS ïåðåõîäîâ, èññëåäîâàíû âîçìîæíîñòè ïåðåêëþ÷åíèÿ ìåæäó íèìè è óñòàíîâëåíû òîêôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ. Òàêæå ïðîèçâåäåíî ñðàâíåíèå õàðàêòåðèñòèê SIsFS ñòðóêòóðûñ äðóãèìè òèïàìè äæîçåôñîíîâñêèõ êîíòàêòîâ, ñîäåðæàùèõ ôåððîìàãíèòíûé ñëîé âîáëàñòè ñëàáîé ñâÿçè.20Ãëàâà 4 ïîñâÿùåíà ñðàâíåíèþ òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ SIsFS ñòðóêòóðû ñ ýêñ-ïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè, ïîëó÷åííûìè äëÿ êîíòàêòîâ ýòîé ãåîìåòðèè [28, 51]. Âãëàâå 4 èññëåäîâàíû çàâèñèìîñòè êðèòè÷åñêîãî òîêà îò òîëùèíû ôåððîìàãíèòíîé èöåíòðàëüíîé ñâåðõïðîâîäíèêîâîé ïðîñëîåê, òîê-òåìïåðàòóðíûå è òîê- ïîëåâûå çàâèñèìîñòè. Ñðàâíåíèå äåéñòâèòåëüíî äåìîíñòðèðóåò íàëè÷èå îñíîâíûõ ðåæèìîâ ðàáîòûè âûñîêîå çíà÷åíèå õàðàêòåðíîãî íàïðÿæåíèÿ IC RN â òàêèõ ñòðóêòóðàõ. ðàçäåëå 4.1 ñðàâíèâàþòñÿ çàâèñèìîñòè êðèòè÷åñêîãî òîêà ñòðóêòóð îò òîëùèíû ôåððîìàãíèòíîãî ñëîÿ â îáëàñòè ñëàáîé ñâÿçè äëÿ ðàçíûõ òîëùèí ñâåðõïðîâîäíèêîâûõ s-ïðîñëîåê.