Эффект Джозефсона в контактах, содержащих многослойные FN структуры (1105380)
Текст из файла
На правах рукописиКарминская Татьяна ЮрьевнаЭффект Джозефсона в контактах, содержащихмногослойные FN структурыСпециальность 01.04.04 - физическая электроникаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2009Работа выполнена на кафедре атомной физики, физики плазмы имикроэлектроники физического факультета Московского государственногоуниверситета имени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Куприянов Михаил ЮрьевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наукЛукичев Владимир Федорович,кандидат физико-математических наукФоминов Яков ВикторовичВедущая организация:Институт Физики твердого телаРоссийской Академии НаукЗащита состоится 23 апреля 2009 г.
в 16 час. 00 мин. на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.66 при Московском государственномуниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинскиегоры, МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, аудитория 5-19.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан2009 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.66,доктор физико-математических наукВ.М. ШибковОбщая характеристика работыАктуальность темыВнастоящеевремязначительныйинтереспроявляется к джозефсоновским структурам, содержащим ферромагнитные(F) материалы в области слабой связи [1]-[3]. Вследствие осциллирующегохарактера волновой функции критический ток Ic перехода, содержащего Fпрослойку, должен также испытывать затухающие осцилляции, переходяиз состояния с положительным значением Ic в состояние с отрицательнымзначением (0 − π-переход).
Это явление было теоретически предсказано в [4] ивпервые нашло экспериментальное подтверждение в работах [5]-[6].Существованиеосцилляционнойзависимостикритическоготокаотрасстояния между сверхпроводящими электродами надежно подтверждено вцелом ряде экспериментов с использованием как различных ферромагнитныхматериалов, так и типов джозефсоновских связей [7]-[22]. Однако, всеэти структуры имеют ряд существенных недостатков, сдерживающих ихприменение в практически значимых слаботочных устройствах.К первому из них следует отнести малость характерного масштабапроникновенияанализсверхпроводимостисуществующихвферромагнетик.экспериментальныхданныхДействительно,[7]-[22]показывает,что в используемых до настоящего времени ферромагнитных материалахвеличина обменной энергии H лежит в интервале от 850 K до 2300 K.Столь большие значения H приводят к тому, что характерная длинапроникновения сверхпроводящих корреляций, ξF−1 = ξF−11 + iξF−12 , наведенныхв ферромагнетик вследствие эффекта близости, составляет нескольконанометров (ξF 1 ≈ 1.2 ÷ 4.6 nm, ξF 2 ≈ 0.3 ÷ 2 nm).
Эти значения существенноменьше типичных длин проникновения ξN ≈ 10 ÷ 100 nm сверхпроводимости внормальный (N) металл. Именно эти длины (ξF 1 , ξF 2 ) определяют характерныймасштаб убывания критического тока Ic SFS ( сверхпроводник-ферромагнетиксверхпроводник) контактов с увеличением расстояния между электродамиL и период осцилляций Ic (L), соответственно. Столь малые значения ξF 1и ξF 2 существенно усложняют технологию изготовления SFS переходов своспроизводимыми параметрами и приводят к деградации высокочастотныхсвойств таких контактов.Ко второму недостатку имеющихся SFS структур следует отнестисложность в организации управления величиной их критического токапосредством изменения направления намагничения входящих в эти структурыферромагнитных слоев. Так, в работах [23]-[25] было показано, что вSFIFS джозефсоновских структурах, представляющих собой два разделенныхизолятором (I) сэндвича из сверхпроводящей и ферромагнитной пленок,изменение взаимной ориентации намагниченности F-слоев с параллельной наантипараллельную может привести к переключению из состояния с конечнымкритическим током Ic не только в состояние с Ic = 0, но и состояние сотрицательным значением Ic .
К сожалению, геометрия SFIFS структур такова,что практически реализовать в них изменение угла α между направлениямивекторов намагниченности F пленок оказывается весьма затруднительным.Более удобными с этой точки зрения являются исследованные в [26]-[28]SFSF структуры, в которых одна из F-пленок экранирована от внешнегополя сверхпроводящим электродом. В таких контактах при значении угла αмежду направлениями векторов намагниченности F слоев отличных от 0 илиπ возникает дальнодействующая триплетная компонента в Ic . Характерныймасштаб ее затухания в F слое ((DF /2πT )1/2 ) существенно превосходитхарактерную длину спадания критического тока ((DF /H)1/2 ) при α = 0, π.Это позволяет управлять параметрами структуры путем изменения углаα.
К сожалению, для реализации такого управления необходимо разделитьферромагнетики достаточно тонким S-электродом. Это приводит как кдеградации его критической температуры, так и к существенной связанностинаправлений намагниченности F-пленок, затрудняющей независимое изменениеих ориентаций.Цель работыПроведенные в данной работе исследования были направлены на нахождениерешений, позволяющих устранить сформулированные выше недостатки,имеющиеся в SFS джозефсоновских переходах с традиционной геометрией.С этой целью был предложен новый тип SFS джозефсоновских контактов,3в которых область слабой связи представляла собой заключенную междудвумя сверхпроводящими электродами многослойную NF или FNF структуру,геометрия которой позволяла осуществить задание направления протекающегочерез контакт сверхтока вдоль ее FN границ.
Данная работа была направленана проведение теоретических исследований процессов в таких структурахи на доказательство принципиальной возможности как увеличения периодаосцилляций и масштаба затухания критического тока до значений порядка ξN ,так и организации эффективного управления величиной Ic .Задачи работыПри выполнении работы ставились следующие задачи.1. В рамках квазиклассических уравнений сверхпроводимости в формеуравнений Узаделя в приближении тонких F и N слоев рассчитать зависимостикритического тока S-FN-S джозефсоновских структур от расстояния междусверхпроводящими электродами L при произвольных значениях параметровподавления на FN границе и определить условия, при выполнении которыхвозможно увеличение характерной длины спадания критического тока Ic (L) ипериода его пространственных осцилляций до длин порядка ξN .2. В рамках квазиклассических уравнений сверхпроводимости в формеуравнений Узаделя в приближении тонких F и N слоев рассчитать зависимостикритического тока S-FNF-S джозефсоновских структур от расстояния междусверхпроводящими электродами L при произвольных значениях параметровподавления на FN границе и определить условия, при выполнении которыхвозможно осуществить эффективное управление величиной и знаком Icпосредством изменения направления намагниченности одной из F пленок напротивоположное.3.
В рамках квазиклассических уравнений Узаделя в приближении тонкихF и N слоев провести теоретический анализ влияния взаимной ориентациивекторов намагниченностей F пленок S-FNF-S переходов на величину и знакIc с учетом возникновения в спектре сверхпроводящих корреляций нечетнойпо мацубаровской частоте триплетной компоненты и исследовать влияниеэтой компоненты на организацию управления критическим током в S-FNF-S4контакте.4.ВрамкахквазиклассическихуравненийУзаделятеоретическиисследовать влияние конечной толщины ферромагнитной и нормальной пленокв области слабой связи S-FN-S джозефсоновских структур на поведение ихкритического тока.Положения, выносимые на защиту1.
Впервые предложены S-FN-S и S-FNF-S джозефсоновские структурынового типа, и теоретически доказана возможность осуществления вних существенного (на один - два порядка) увеличения масштабовзатухания и осцилляций критического тока как функции расстояния междусверхпроводящими электродами L.2. Впервые доказана возможность осуществления эффективного управлениякак знаком, так и величиной критического тока в джозефсоновских S-FNF-Sпереходах путем изменения взаимной намагниченности ферромагнитных слоевкак по знаку так и по величине.3. Впервые показано, что в S-FNF-S джозефсоновских переходах, в которыхвектора намагниченности ферромагнитных пленок лежат в плоскости F слоеви неколлинеарны, учет триплетной компоненты в спектре сверхпроводящихкорреляций приводит к возникновению в них π-контакта нового типа,возникающего за счет суперпозиции неосциллирующих с расстоянием междуS электродами вкладов в критический ток.4.
Впервые установлено, что в S-FNF-S джозефсоновских переходахэффективное управление величиной и знаком критического тока может бытьдостигнуто при достаточно малых углах разворота векторов намагниченностейиз антиферромагнитной конфигурации. В этом случае возможно существенноеувеличение критического тока в π-состоянии по сравнению со значениями Ic вферромагнитной конфигурации.5. Впервые теоретически исследовано влияние конечности толщины Nи F слоев на характер затухания и осцилляций критического тока SNF-S структур. Определены условия на толщину нормальной пленки, при5которой сохраняется осциллирующий характер затухания Ic (L). Установлено,что вблизи критических расстояний между сверхпроводящими электродами,отвечающих точке перехода между 0 и π-состояниями в структурах сбесконечно толстой ферромагнитной пленкой, имеет место быстрая смена какзнака, так и величины критического тока при малых изменениях расстояниямежду сверхпроводящими электродами.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
