Эффект Джозефсона в контактах, содержащих многослойные FN структуры (1105380), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Показано, что учет нечетной по мацубаровской11частоте триплетной компоненты приводит к появлению перехода из 0 вπ состояние вблизи антипаралллельной конфигурации намагниченностей.Доказано, что при угле разориентации большем критического в структуревозможна реализация π состояния нового типа, обусловленного суперпозициейнеосциллирующих вкладов, затухающих на длинах порядка ξN , от нечетнойтриплетной компоненты и от компоненты, обусловленной присутствиемнормального металла.
Расстояние между сверхпроводящими электродами, прикотором реализуется 0-π переход, зависит от угла α, и при антипараллельнойориентации намагниченностей это расстояние стремится к бесконечности.Таким образом, в главе 3 доказано, что возможна реализация эффективногоуправления критическим током S-FNF-S перехода при малых углах разворотавекторов намагниченностей из антипараллельной конфигурации, а такжедоказано существование нового π перехода.В главе 4 теоретически исследованы процессы в S-FN-S джозефсоновскихпереходах при произвольной толщине F и N пленок в области слабой связи.В разделе 4.1 развит подход к описанию исследуемого S-FN-S переходав рамках квазиклассических уравнений Узаделя для произвольных толщинферромагнитной и нормальной пленок. Найдены функций Грина, черезкоторые далее было получено выражение для критического тока исследуемойструктуры.В разделе 4.2 показано, что учет конечной толщины пленок приводит кпоявлению бесконечного числа волновых чисел структуры.
Установлено, чтовследствие этого критический ток представляет собой сумму бесконечногочисла слагаемых. Показано, что выражение для критического тока упрощаетсяв том случае, когда основной вклад в ток дают слагаемые, отвечающиеминимальным волновым числам. Определяются ограничения на толщинунормальнойипленки,находитсяприкотороманалитическоесправедливовыражение,такоепредположение,определяющеезависимостьминимального волнового числа от транспортных параметров FNF областислабой связи.Показано, что выражение для критического тока перехода имеет такую же12структуру, как и полученное ранее в главе 1 и отличается от него лишь болеесложной зависимостью входящего в него волнового числа от толщины F и Nпленок и параметров, характеризующих свойства FN границы.В разделе 4.3 проведен анализ найденного в разделе 4.2 волнового числа взависимости от параметров перехода.
Определяются параметры, при которыхсправедлив количественно рассмотренный в главе 1 предел тонких пленок.Показано, что поскольку структура выражения для критического тока остаетсятакой же, то и результаты, полученные в предыдущих главах, остаютсякачественно верными не только в приближении малых толщин пленок.Показано, что при значениях толщины ферромагнитной пленки больших ξFволновое число практически перестает зависеть от этой толщины.В разделе 4.4 проведен анализ поведения критического тока перехода.Показано, что вблизи критических расстояний между сверхпроводящимиэлектродами, т.е.
таких, при которых критический ток равен нулю прибесконечно толстой ферромагнитной пленке, происходит быстрая смена какзнака, так и величины критического тока при малых изменениях расстояниямежду сверхпроводящими электродами. Вдали же от таких узких критическихобластей как знак, так и величина критического тока не зависят от толщины Fпленки при толщине F большей ξF .В заключении сформулированы основные результаты работы.Заключение1. В рамках линеаризованных уравнений Узаделя рассчитан критическийток IC S-(FN)-S джозефсоновской структуры как функция температуры T ,обменной энергии ферромагнентика H, расстояния между сверхпроводящимиэлектродами L и параметров подавления на FN границе. Расчет проведенв пределе тонких ферромагнитной (F) и нормальной (N) пленок, толщиныкоторых dF и dN считались меньше их длин когерентности ξF и ξN ,соответственно.2.
Доказано, что использование тонкопленочных двуслойных FN структурв качестве материала слабой связи S-(FN)-S контактов может привести к13уменьшению эффективной обменной энергии и к существенному, до длинмасштаба ξN , увеличению (по сравнению с аналогичными структурами,содержащими лишь ферромагнитную пленку) как длины затухания, так ипериода осцилляций зависимости критического тока IC (L).3. В рамках линеаризованных уравнений Узаделя в пределе тонкихферромагнитной (F) и нормальной (N) пленок рассчитан критический токIC S-(FNF)-S джозефсоновской структуры как функция температуры T ,обменной энергии ферромагнентика H, расстояния между сверхпроводящимиэлектродами L и параметров подавления на FN границе в геометрии сколлинеарным направлением векторов намагниченности F пленок.4.
Впервые установлено, что в джозефсоновских структурах S-FNF-S типавозможно не только эффективное увеличение (по сравнению с SFS переходами)эффективной длины спадания критического тока и периода его осцилляций, нои управление как величиной, так и знаком IC , если изменение намагниченностипленки происходит без разворота вектора намагниченности в плоскости пленки,т.е. перемагничивание осуществляется посредством уменьшения магнитногомомента одной из ферромагнитных пленок до нуля и последующего егоувеличения в направлении противоположном изначальному.5. В рамках линеаризованных уравнений Узаделя в пределе тонкихферромагнитной (F) и нормальной (N) пленок рассчитан критический токIC S-(FNF)-S джозефсоновской структуры как функция температуры T ,обменной энергии ферромагнентика H, расстояния между сверхпроводящимиэлектродами L и параметров подавления на FN границе в геометрии спроизвольной взаимной ориентацией векторов намагниченности F пленок.6.Впервыеферромагнитныхдоказано,пленокчтосприосуществленииразворотомвекторовперемагничиваниянамагниченностивплоскости пленок в S-(FNF)-S структурах может генерироваться триплетнаясверхпроводящаякомпонента,нечетнаяпомацубаровскойчастотеизатухающая на длинах порядка длины когенрентности нормальной пленки.Впервые установлено, что в таких структурах возможна реализациянового типа "триплетного" π контакта, который возникает как результат14взаимодействия двух не осциллирующих с координатой вкладов в критическийток, каждый из которых спадает на длинах порядка длины когерентностинормального металла, что, как правило, на несколько порядков превосходитдлину ξF .7.
Впервые доказано, что наличие "триплетного" π контакта в S-(FNF)S структурах позволяет реализовать эффективное управление критическимтоком S-(FNF)-S спинового вентиля путем разворота векторов намагниченностиF пленок из их исходной антиферромагнитной конфигурации на относительнонебольшой угол. Показано, что в этом случае можно достичь значительнобольших значений разности между величинами критических токов в ”0” (Ic >0) и ”π” (Ic < 0) состояниях, чем при изменении направления намагниченностиM1 одной из F пленок путем ее перемагничивания, т.е.
посредством переходаот M1 к -M1 посредством изменения величины этого вектора.8. В рамках линеаризованных уравнений Узаделя рассчитан критическийток IC S-(FN)-S джозефсоновской структуры как функция температуры T ,обменной энергии ферромагнентика H, расстояния между сверхпроводящимиэлектродами L и параметров подавления на FN границе при произвольнойтолщине ферромагнитной и нормальной пленок. Показано, что качественносохраняется осциллирующее поведение критического тока с изменениемрасстояния между сверхпроводящими электродами, но характерный масштабзатухания и период осцилляций существенно зависят от толщины пленок.9. Уточнены границы применимости использованного при предыдущихрассчетах приближения тонких пленок.Показано, что при толщинеферромагнетика, сравнимой с длиной когерентности, как характерный масштабзатухания, так и период осцилляций перестают зависеть от толщины F пленки.Установлено, что вблизи критических расстояний между сверхпроводящимиэлектродами, т.е.
таких, при которых критический ток равен нулю прибесконечно толстой ферромагнитной пленке, происходит быстрая смена какзнака, так и величины критического тока при малых изменениях L. Доказано,что вне таких узких критических областей как знак, так и величинакритического тока не зависят от толщины F пленки.15Результаты диссертации отражены в следующих публикациях[А1] Т.Ю. Карминская, М.Ю. Куприянов, ”Эффективное уменьшениеобменной энергии в S-(FN)-S джозефсоновских структурах”, Письма вЖЭТФ, том 85, вып.
6, с. 343-348, 2007. [JETP Lett. 85, 286 (2007)].[А2] Т.Ю. Карминская, М.Ю. Куприянов, ”Переход из 0 в π -состояние вS-(FNF)-S джозефсоновских структурах”, Письма в ЖЭТФ, том 86, вып.1, с. 65-70, 2007. [JETP Lett. 86, 61 (2007)].[А3] Т.Ю. Карминская, М.Ю. Куприянов, А.А. Голубов, ”Критическийток S-(FNF)-S джозефсоновских структур с неколлинеарными вектораминамагниченности ферромагнитных пленок”, Письма в ЖЭТФ, том 87,вып.
10, с. 657-663, 2008. [JETP Lett., 87, 570 (2008)].[А4] Т.Ю. Карминская, М.Ю. Куприянов, В.В. Рязанов, ”Сверхпроводящийприбор с джозефсоновским переходом”, Патент РФ є 2343591 Ru от26.06.2007, Бюллетень изобретений є1 от 10.01 (2009).[А5] T. Yu. Karminskaya, M. Yu. Kupriyanov, A.A. Golubov, A.S. Sidorenko,V.V.
Ryazanov, ”Enhancement of complex decay length in S-(FNF)-S Josephson junctions”, Proceedings of NANO Symposium Nanoscale Phenomena Fundamentals and Applications, Kishinev, Moldova, September 20-22, p.37,2007.[А6] T. Yu. Karminskaya, M. Yu. Kupriyanov, A.A. Golubov, A.S. Sidorenko,V.V. Ryazanov, ”Transition from ”0” to ”π” states in S-(FNF)-S Josephsonjunctions”, Lorentz Center Workshop Physics of Nanoscale SuperconductingHeterostructures, Leiden, The Netherlands, July 2 - 6, p.37, 2007.[А7] T. Karminskaya, M. Kupriyanov, N.Pugach, ”Josepson effect in laterally inhomogeneous structures with ferromagnetic materials”, The International Conference Micro- and nanoelectronics - 2007 (ICMNE-2007), Zvenigorod, Moscowregion, October 1-5, p.O1-41, 2007.[А8] Т.Ю.
Карминская, М.Ю. Куприянов, ”Управление переходом из0 в π- состояние в S-(FNF)-S джозефсоновских переходах”, 11-ыймеждународный симпозиум нанофизика и наноэлектроника, материалысимпозиума, т. 2, с. 380-381, Нижний Новгород, 10-14 марта, 2008.16[А9] T. Yu. Karminskaya, M. Yu. Kupriyanov, A.A. Golubov, ”Novel type ofπ-junctions oh the base of josephson S-(FNF)-S structures”, Moscow international symposium of magnetism, Book of abstracts, June 20-25, p.
253-254,2008.[А10] T. Yu. Karminskaya, M. Yu. Kupriyanov, A.A. Golubov, ”Josephson S(FNF)-S structures as a novel type of π-junctions”, 25th-International conference on Low temperature physics, Amsterdam, The Netherlands, August 6-13,p. 24, 2008.Список литературы[1] A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, and E. Il’ichev, Rev. Mod. Phys. 76, 411(2004).[2] F. S. Bergeret, A. F. Volkov, K.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
