Экспериментальное обнаружение и исследование эффекта спинового экранирования в тонкопленочных гетероструктурах сверхпроводник/ферромагнетик

• Автор: Салихов, Руслан Ильгизович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1 Методика эксперимента

1.1. Высокочувствительный стационарный спектрометр ЯМР

1.2. Приготовление образцов: метод молекулярно-лучевой эпитаксии

1.3. Характеризация образцов: метод малоуглового отражения

рентгеновского излучения

Глава 2 Выбор объекта исследования

2.1. Выбор материала в качестве сверхпроводящего слоя

2.2. Выбор материала в качестве ферромагнитного слоя

Глава 3 Сдвиг Найта в сверхпроводящем ванадии

3.1. Эксперимент
3.1.1. Приготовление образцов
3.1.2. Экспериментальные результаты
3.2. Обсуждение результатов
3.2.1. Учет вихревой структуры
3.2.2. Анализ полученных экспериментальных результатов
Глава 4 Экспериментальное наблюдение эффекта спинового экранирования в тонкопленочных гетероструктурах сверхпроводник/ферромагнетик
4.1. Эксперимент
4.1.1. Приготовление и характеризация тонкопленочных систем
4.1.2. Измерения ЯМР в перпендикулярной ориентации внешнего магнитного поля относительно плоскости образцов

4.1.3. Измерения ЯМР в параллельной ориентации внешнего магнитного поля
относительно плоскости образцов
4.2. Обсуждение результатов
Заключение
Список авторской литературы
Список цитируемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Взаимодействие двух антагонистических явлений магнетизма и сверхпроводимости в магниторазбавленных сплавах и интерметаллических соединениях изучается уже в течение полувека и до сих пор остается в центре внимания физиков, занимающихся сверхпроводимостью (см, например, [1,2]). Антагонистическими эти два состояния вещества оказываются вследствие того, что ферромагнетизм требует параллельного взаимного расположения электронных спинов в то время как сверхпроводимость - их антипараллельной ориентации.
Ещё в 50-х годах В.Л. Гинзбург [3], нобелевский лауреат 2003 года, первым поставил вопрос, может ли быть ферромагнетик сверхпроводником или нет. Его ответ был отрицательным, хотя он был основан скорее на интуитивном анализе ситуации. В то время микроскопическая теория сверхпроводимости [4] еще не была создана, однако ответ оказался правильным. Сейчас ясно, что при обсуждении этого вопроса необходимо иметь ввиду несколько важных свойств сверхпроводящего и ферромагнитного состояний. В простейшем ферромагнетике локализованные спины ионов остова ориентированы в одном направлении даже в нулевом магнитном поле. Если ферромагнетик является металлом, то в нем имеются электроны проводимости. Между локализованными спинами и спинами электронов проводимости существует обменное взаимодействие вида
Н=Д5<0 (1)
(здесь J - интеграл обменного взаимодействия, Б и о - спины локализованных моментов и электронов проводимости, соответственно), которое пытается сориентировать спины электронов проводимости также в одном направлении. Таким образом, зона проводимости ферромагнетика расщеплена на две подзоны. Электроны проводимости со спином вверх и спином вниз имеют различные энергии. Для элементных ферромагнетиков

было практически невозможно. Оптимальное соотношение С2 и СЗ было найдено в результате многократных подборов. Исследование показало, что керамические конденсаторы КТ и сопротивления МЛТ работают при низких температурах и выдерживают многократное охлаждение.
В спектрометре применяется стандартный способ фазового детектирования с модуляцией внешнего магнитного поля на частоте /М0ДуЛ. = 992 Гц. Таким образом, модулируется мощность поглощения высокочастотного поля, и при медленном протягивании магнитного поля детектируется производная резонансной линии поглощения. Модуляционные катушки также были сделаны из серебра, по той же причине близости гиромагнитных отношений меди и ванадия. Первоначально, на этапе тестирования и доводки спектрометра, катушки модуляции были намотаны из медной проволоки, и мы в полях сигнала ЯМР от ванадия детектировали паразитный сигнал от медной катушки модуляции. Модуляционные катушки помещены в жидкий гелий рядом с колебательным контуром. Для достижения высокой чувствительности было очень важно предотвратить попадание напряжения модуляции в сигнальную катушку. Для этого необходимо было найти взаимную ориентацию катушек модуляции и сигнальной катушки, при которой напряжение с частотой модуляции на сигнальной катушке минимально. Теоретически это достигается при строгой перпендикулярной ориентации осей катушек друг к другу. Юстировка катушек производилась следующим образом: приемная катушка
подключалась к входу усилителя, а на модуляционные катушки подавалось переменное напряжение. Изменяя ориентацию оси приемной катушки по отношению к оси модуляционных катушек, добивался минимальный сигнал на выходе усилителя, при этом оптимальное положение фиксировалось клеем. Однако исследование показало, что при охлаждении из-за температурных деформаций нарушается оптимальная взаимная ориентация катушек. В дальнейшем конструкция была изменена. Приемная и модуляционные катушки были размещены в монолитном едином блоке из