Исследование π-контактов сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник и фазово-чувствительных структур на их основе

• Автор: Больгинов, Виталий Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Джозефсоновский 7г-контакт сверхпроводник - ферромагнетик -сверхпроводник

1.2. Эксперименты по изучению 7Г-контактов Б^Д-типа

1.3 Фазово-чувствительные эксперименты

Глава 2. Приготовление образцов и методики эксперимента.

2.1. Приготовление 5Г5-сэндвнчсй

2.2. Измерительные методики

Глава 3. Исследование джозефсоновских характеристик БИБконтактов.

3.1. Джозсфсоновские характе])истики и зависимость критического тока БИБ-коитакта от толщины ферромагнетика

3.2. Наблюдение температурного 0 — 7г перехода при разном составе ферромагнетика

3.3. Обсуждение экспериментальных результатов при помощи микроскопической теории

Глава 4. Фазово-чувствительиые эксперименты.
4.1. Прямое наблюдение изменения знака токо-фазового соотношения при О — тг-переходе
4.2. Наблюдение спонтанных вихревых состояний в распределенных
контактах.
Заключение
Список Литературы
Несмотря на то, что эффект Джозефсона [1] был открыт более 40 лет назад, постоянно открываются новые стороны этого явления. Необычные свойства переходов сверхпроводник - ферромагнетик -сверхпроводник (SFS-контактов) связаны с возникновением нового сверхпроводящего состояния в ферромагнетике в окрестности SF-граиицы. Носителями бездиссипативного электрического тока в сверхпроводниках являются так называемые куиеровские пары, которые состоят из двух электронов, имеющих равные по абсолютной величине и противоположно направленные импульсы и спины, причем общий импульс и спин пары в основном состоянии равен нулю. Однако в ферромагнетике вблизи SF-граиицы реализуются принципиально новые сверхпроводящие связанные состояния, такие, что суммарный импульс носителей сверхтока отличен от пуля.
Возможность нетривиальных сверхпроводящих состояний в присутствии обменного взаимодействия была впервые предсказана Ларкипым и Овчинниковым [2] и независимо от них Фулде и Феррслом
[3] в 19G4 году. Если энергия обменного взаимодействия в материале не очень велика и сравнима с величиной сверхпроводящей щели, то он может быть одновременно и сверхпроводником и ферромагнетиком, несмотря на антогонизм этих явлений в смысле спинового упорядочения. Из-за ненулевого импульса носителей сверхтока сверхпроводящий параметр порядка в таком "ферромагнитном сверхпроводнике" будет периодическим образом зависеть от координат. Позднее было показано
[4], что аналогичные сверхпроводящие состояния могут возникнуть за счет эффекта близости в любом ферромагнетике!, находящемся в контакте со сверхпроводником. В этом случае сверхпроводящая волновая функция будет затухать и осциллировать по мерс удаления от SF-границы.
Осцилляции сверхпроводящей волновой функции в ферромагнетике

позволяют получить джозефсоновскис STS'-переходы с отрицательны» знаком токо-фазового соотношения: j = —jcsu(p = jc sin(у? + ж) Важным свойством таких "7г-контактов" (или "джозефсоновски:
ИЄ])ЄХОДОВ В 7Г-СОСТОЯПИИ") является то, что В ОСНОВНОМ СОСТОЯЛИ!
разность фаз между их сверхпроводящими берегами равна тг, и ош могут быть использованы в качестве источников постоянного фазовоп сдвига (инверторов фазы) в новейших модификациях цифровой і квантовой логики для реализации двукратно-вырожденных (само фрустрировапных) состояний [5]-[6]. При этом одним из важнейши: требований к 7г-коптактам является возможность протекания чере них больших сверхпроводящих токов по сравнению с критическим! токами других джозефсоновских переходов сверхпроводящей логичсско; ячейки. Только в этом случае 7г-контакт является стационарны„ (разовым инвертором и необходимое вырождение достигается.
Переход джозефсоновского SFS’-контакта из обычного 0-состояния тт-состояние был впервьк! экспериментально обнаружен в Лабораторні Сверхпроводимости ИФТТ РАН в 2000-2001 годах па переходах Nb -CuNi — Nb [7]. Однако па пути к практическому иснользованш S'.FS'-контактов на первых порах возникли серьезные препятствия Основное из них заключалось в малости критической плотности ток первых полученных 7г-контактов: менее 1 А/см2. Вторая проблем заключалась в том, что в ходе транспортных экспериментов можи было зафиксировать лишь сам факт 0 — 7Г перехода, но невозможн было определить в каком состоянии (0 или тг) находится SFS контакт при данной толщине ферромагнетика и температуре. Еще оди интересный вопрос касался процесса изменения знака токо-фазовог соотношения и был связан с возможностью доминирования в пс; высших гармоник (sin(n
Глава 3. Исследование джозефсоновских характеристик вГЭ-контактов.
з.1. Джозефсоновские характеристики и зависимост критического тока ЭИЗ-контакта от толщинг ферромагнетика.
В ходе экспериментов, описанных в данном разделе, изучалас зависимость критического тока 1С и критической плотности тока ус контактов N1) — Сно.47^0.53 — N6 от магнитного ПОЛЯ Я, ТОЛЩИН! ферромагнетика йр и температуры Т, а также их вольт-ампернь; характеристики. Изучение кривых /С(Я) позволяло коптролироват однородность распределения критической плотности тока по площад контакта. Для всех исследованных образцов зависимость /С(Я) хорошей точностью описывалась соотношением Фраунгофера (см. ри< 17 а,б):
МЩГФ/Фр
жф/ф0 . '
где Ф — Я х а х (I (здесь а - размер перехода, <1 - магнитная длина - с?
и. 2.1) - поток магнитного поля через область слабой связи. Практическ идеальное совпадение экспериментальных и теоретических кривы говорило об однородности распределения величины ф, по площад контакта, а также об отсутствии макроскопической намагниченности с счет усреднения нолей мелкодомешшой ферромагнитной структуры.
На рис. 17 приведены также характерные зависимости иапряжени на З'ГЯ-контактах от транспортного тока. Вольт-амперные кривь были безгистерезисными, что говорило о пренебрежимо малой емкост бЯЯ-коптактов. Экспериментальные данные хорошо описывалий