Критическая температура и параметр порядка в гетероструктурах сверхпроводник / неоднородный ферромагнетик

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен метод решения самосогласованной краевой задачи для линеаризованного уравнения Узаделя. Метод позволяет найти нормированное по образцу распределение сверхпроводящего параметра порядка и критическую температуру в зависимости от параметров задачи и решать сравнительно сложные пространственно-неоднородные задачи, например, сверхпроводящие гетероструктуры, содержащие неоднородные магнитные слои. В рамках такого подхода рассмотрены слоистые структуры, содержащие сверхпроводящие и расщепленные на домены ферромагнитные слои. Проведено сравнение теории с экспериментом для системы Fe 20 Å/V 340 Å/Fe 8 Å/Cr/ Fe 8 Å.

Об авторах

В. А. Туманов

Казанский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: tumanvadim@yandex.ru
Россия, ул. Кремлевская, 18, Казань, 42000

Ю. Н. Прошин

Казанский федеральный университет

Email: tumanvadim@yandex.ru
Россия, ул. Кремлевская, 18, Казань, 42000

Список литературы

  1. Буздин А.И., Вуйичич Б., Куприянов М.Ю. Структуры ферромагнетик-сверхпроводник // ЖЭТФ. 1992. T. 101. C. 231–240.
  2. Buzdin A.I. Proximity effects in superconductor-ferromagnet heterostructures // Rev. Mod. Phys. 2005. V. 77. P. 935–976.
  3. Efetov K.B., Garifullin I.A., Volkov A.F., Westerholt K. Proximity effects in ferromagnet/superconductor heterostructures // Springer Tracts Mod. Phys. 2008. V. 227. P. 251–290.
  4. Изюмов Ю.А., Прошин Ю.Н., Хусаинов М.Г. Конкуренция сверхпроводимости и магнетизма в гетероструктурах ферромагнетик/сверхпроводник // УФН. 2002. T. 172. С. 113–154.
  5. Rabinovich D.S., Bobkova I.V., Bobkov A.M., Silaev M.A. Chirality selective spin interactions mediated by the moving superconducting condensate // Phys. Rev. B. 2018. V. 98. P. 184511.
  6. Baumard J., Cayssol J., Bergeret F.S., Buzdin A. Generation of a superconducting vortex via Néel skyrmions // Phys. Rev. B. 2019. V. 99. P. 014511.
  7. Успенская Л.С., Львов Д.С., Пензяков Г.А., Скрябина О.В. Эффект невзаимности в структурах железо-иттриевый гранат–сверхпроводник // ФММ. 2020. Т. 121. С. 469–475.
  8. Яговцев В.О., Пугач Н.Г., Екомасов Е.Г., Львов Б.Г. Намагниченность в бислоях сверхпроводник–ферромагнитный металл, вызванная обратным эффектом близости // ФММ. 2021. T. 122. C. 908–916.
  9. Khusainov M.G., Proshin Y.N. Possibility of periodically reentrant superconductivity in ferromagnet/superconductor layered structures // Phys. Rev. B. 1997. V. 56. P. R14283.
  10. Ryazanov V.V., Oboznov V.A., Rusanov A.Y., Veretennikov A.V., Golubov A.A., Aarts J. Coupling of Two Superconductors through a Ferromagnet: Evidence for a π Junction // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. P. 2427–2430.
  11. Khabipov M.I., Balashov D.V., Maibaum F., Zorin A.B., Oboznov V.A., Bolginov V.V., Rossolenko A.N., Ryazanov V.V. A single flux quantum circuit with a ferromagnet-based Josephson π-junction // Supercond. Sci. Techn. 2010. V. 23. P. 045032.
  12. Кошина Е.А., Криворучко В.Н. Эффекты близости в структурах многозонный сверхпроводник–ферромагнитный металл // ФНТ. 2017. T. 43. С. 754–763.
  13. Гайфуллин Р.Р., Кушнир В.Н., Деминов Р.Г., Тагиров Л.Р., Куприянов М.Ю., Голубов А.А. Эффект близости в сверхпроводящем триплетном спиновом клапане S1/F1/S2/F2 // ФТТ. 2019. Т. 61. С. 1585–1588.
  14. Karabassov T., Stolyarov V.S., Golubov A.A., Silkin V.M., Bayazitov V.M., Lvov B.G., Vasenko A.S. Competitive 0 and π states in S/F/S trilayers: Multimode approach // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. P. 104502.
  15. Fominov Ya.V., Golubov A.A., Karminskaya T.Y., Kupriyanov M.Y., Deminov R.G., Tagirov L.R. Superconducting triplet spin valve // Письма в ЖЭТФ. 2010. V. 91. P. 329–333.
  16. Pugach N.G., Safonchik M., Thierry Champel M., Zhitomirsky E., Lähderanta E., Eschrig M., Lacroix C. Superconducting spin valves controlled by spiral re-orientation in B20-family magnets // Appl. Phys. Letters. 2017. V. 111. P. 162601.
  17. Yang Z., Lange M., Volodin A., Szymczak R., Moshchalkov V.V. Domain-wall superconductivity in superconductor–ferromagnet hybrids // Nature Materials. 2004. V. 3. P. 793–798.
  18. Tumanov V.A., Proshin Y.N. The Effect of Planar Magnetic Inhomogeneities on the Critical Temperature of Ferromagnet–Superconductor Systems // JLTP. 2016. V. 185. P. 460–466.
  19. Nagai Y. N-independent Localized Krylov–Bogoliubov-de Gennes Method: Ultra-fast Numerical Approach to Large-scale Inhomogeneous Superconductors // J. Phys. Soc. Japan. 2020. V. 89. P. 074703.
  20. Krunavakarn B. Spin switch effect in multiply connected superconductor-ferromagnet hybrid geometry // Phys. Letters A. 2019. V. 383. P. 1341–1344.
  21. Авдеев М.В., Прошин Ю.Н. Переключатели тока на основе асимметричных наноструктур ферромагнетик-сверхпроводнике с учетом триплетного канала во внешнем магнитном поле // ЖЭТФ. 2013. T. 144. С. 1251–1259.
  22. Авдеев М.В., Прошин Ю.Н. Уединенная сверхпроводимость в гетероструктуре ферромагнетик–сверхпроводник // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 102. С. 106–110.
  23. Борисова О.Н., Туманов В.А., Прошин Ю.Н. Управляемый джозефсоновский 0-π контакт на базе четырехслойной системы ферромагнетик-сверхпроводник (FSFS) // ФММ. 2020. T. 121. C. 482–486.
  24. Голубов А.А., Куприянов М.Ю., Лукичев В.Ф., Орликовский А.А. Критическая температура SN-сэндвича // Микроэлектроника. 1983. Т. 12. С. 355–362.
  25. Fominov Y.V., Chtchelkatchev N.M., Golubov A.A. Nonmonotonic critical temperature in superconductor/ferromagnet bilayers // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 014507.
  26. Fominov Y.V., Volkov A.F., Efetov K.B. Josephson effect due to the long-range odd-frequency triplet superconductivity in S F S junctions with Néel domain walls // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. Р. 104509.
  27. Aikebaier F., Virtanen P., Heikkilä T. Superconductivity near a magnetic domain wall // Phys. Rev. B. 2019. V. 99. P. 104504.
  28. Bakurskiy S.V., Golubov A.A., Klenov N.V., Kupriyanov M.Y., Soloviev I.I. Josephson effect in SIFS tunnel junctions with domain walls in the weak link region: In memory of V.F. Gantmakher // JETP Letters. 2015. V. 101. P. 765–771.
  29. Houzet M., Buzdin A.I. Theory of domain-wall superconductivity in superconductor/ferromagnet bilayers // Phys. Rev. B. 2006. V. 74. P. 214507.
  30. Garifullin I.A., Tikhonov D.A., Garif’yanov N.N., Lazar L., Goryunov Y.V., Khlebnikov S.Y., Tagirov L.R., Westerholt K., Zabel H. Re-entrant superconductivity in the superconductor/ferromagnet V/Fe layered system // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 020505.
  31. Usadel K.D. Generalized diffusion equation for superconducting alloys // Phys. Rev. Lett. 1970. V. 25. P. 507–509.
  32. Куприянов М., Лукичев В. Влияние прозрачности границ на критический ток грязных SS’S структур // ЖЭТФ. 1988. Т. 94. С. 139–149.
  33. Хуберт А. Теория доменных стенок в упорядоченных средах. М.: Мир, 1977. 308 с.
  34. Туманов В.А., Зайцева В.Е., Прошин Ю.Н. Критическая температура наноструктуры сверхпроводник/ферромагнетик вблизи магнитного скирмиона // Письма в ЖЭТФ. 2022. V. 116. P. 443–449.
  35. Sun G., Chenxu W. Josephson current in superconductor/ferromagnet/superconductor junctions // Phys. Letters A. 2004. V. 325. P. 166.
  36. Gingrich E.C., Niedzielski B.M., Glick J.A., Wang Y., Miller D.L., Loloee R., Pratt J., Birge N.O. Controllable 0–π Josephson junctions containing a ferromagnetic spin valve // Nature Physics. 2016. V. 12. P. 564.
  37. Frolov S.M., Van Harlingen D.J., Oboznov V.A., Bolginov V.V., Ryazanov V.V. Measurement of the current-phase relation of superconductor /ferromagnet/superconductor π Josephson junctions // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. P. 144505.
  38. Туманов В.А., Горюнов Ю.В., Прошин Ю.Н. Осцилляции критической температуры в гетероструктуре (Fe/Cr/Fe)/V/Fe // Письма в ЖЭТФ. 2018. T. 107. С. 449–454.
  39. Goryunov Y.V. Epitaxial strain and formation of the interface alloys in layered system Fe/Cr // J. Supercond. Nov. Magn. 2007. V. 20. P. 121–125.
  40. Oh S., Youm D., Beasley M. A superconductive magnetoresistive memory element using controlled exchange interaction // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 71. P. 2376–2378.
  41. Tagirov L.R. Low-Field Superconducting Spin Switch Based on a Superconductor/Ferromagnet Multilayer // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 2058–2061.
  42. Buzdin A.I., Vedyayev A.V., Ryzhanova N.V. Spin-orientation–dependent superconductivity in F/S/F structures // Europhys. Lett. 1999. V. 48. P. 686–691.
  43. Proshin Yu.N., Zimin A., Fazleev N.G., Khusainov M.G. Hierarchy of critical temperatures in four-layered ferromagnet/superconductor nanostructures and control devices // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. P. 184514.
  44. Romming N., Hanneken C., Menzel M., Bickel J.E., Wolter B., Bergmann K., Kubetzka A., Wiesendanger R. Writing and deleting single magnetic skyrmions // Science. 2013. V. 341. Р. 636–639.
  45. Leonov A.O., Monchesky T.L., Romming N., Kubetzka A., Bogdanov A.N. Wiesendanger R. The properties of isolated chiral skyrmions in thin magnetic films // New Journal Phys. 2016. V. 18. Р. 065003.
  46. Rybakov F.N., Borisov A.B., Blügel S., Kiselev N.S. New spiral state and skyrmion lattice in 3D model of chiral magnets // New J. Phys. 2016. V. 18. P. 045002.
  47. Миронов С.В., Самохвалов А.В., Буздин А.И., Мельников А.С. Электромагнитный эффект близости и ЛОФФ неустойчивость в гибридных структурах сверхпроводник–ферромагнетик (Миниобзор) // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 113. С. 102–111.
  48. Vadimov V.L., Sapozhnikov M.V., Mel’Nikov A.S. Magnetic skyrmions in ferromagnet-superconductor (F/S) heterostructures // App. Phys. Lett. 2018. V. 16. P. 113.
  49. Apostoloff S.S., Andriyakhina E.S., Vorobyev P.A., Tretiakov O.A., Burmistrov I.S. Chirality inversion and radius blowup of a Néel-type skyrmion by a Pearl vortex // Phys. Rev. B. 2023. V. 107. P. L220409.
  50. Андрияхина Е.С., Апостолофф С.С., Бурмистров И.С. Отталкивание неелевского скирмиона от пирловского вихря в тонких гетероструктурах ферромагнетик-сверхпроводник // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 116. С. 801–807.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать