Неоднородные состояния и электронный транспорт в низкоразмерных гибридных системах на основе сверхпроводников, нормальных металлов и ферромагнетиков

• Автор: Миронов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Неустойчивость Ларкина-Овчинникова-Фульде-Феррелла (ЛОФФ) в
многослойных системах сверхпроводник/ферромагнетик
1.1. Введение
1.2. Метод
1.3. Неустойчивость ЛОФФ в плоскости слоев в/Р систем
1.4. Неустойчивость ЛОФФ в БЛУЛ и в/Т/Р' системах
1.5. Выводы
Глава 2. Экранировка магнитного поля плоскостями двойникования в
сверхпроводниках первого рода
2.1. Введение
2.2. Расчет температурной зависимости критического магнитного поля
2.2.1. Случай абсолютно непрозрачной плоскости двойникования
2.2.2. Случай плоскости двойникования с конечной прозрачностью
2.3. Выводы
Глава 3. Анизотропия флуктуационной проводимости гибридных систем
сверхпроводник / ферромагнетик
3.1. Введение
3.2. Расчет флуктуационной поправки к проводимости
3.2.1. Общие соотношения
3.2.2. Предел слабого магнитного поля рассеяния
3.2.2. Предел сильного магнитного поля рассеяния
3.2.3. Случай промежуточных полей рассеяния
3.3. Выводы
Глава 4. Время дефазировки и магнетосопротивление двумерного
электронного газа в пространственно неоднородных магнитных полях
4.1. Введение
4.2. Обзор режимов электронной дефазировки
4.3. Слабые магнитные поля: отрицательное магнетосопротивление

4.3.1. Пертурбативные поправки к проводимости
4.3.1.1. Поле с произвольной пространственной конфигурацией
4.3.1.2. Пример: слабое синусоидальное магнитное поле
4.3.2. Эффект перенормировки времени дефазировки
4.4. Сильные магнитные поля: положительное магнетосопротивление
4.4.1. Периодическое поле в форме меандра
4.4.2. Периодическое поле в форме косинуса
4.5. Выводы
Заключение
Список публикаций автора по теме диссертации
Список литературы

Введение
Актуальность темы и степень ее разработанности
Свойства сверхпроводящих материалов и гибридных систем на их основе привлекают интерес как теоретиков, так и экспериментаторов в течение последних 100 лет. Одним из фундаментальных свойств сверхпроводников является их способность переносить слабый постоянный электрический ток без диссипации энергии [1]. При температурах, меньших критической температуры сверхпроводящего фазового перехода Тс, сопротивление сверхпроводника обращается в ноль и остается нулевым при увеличении тока вплоть до критического значения 1С. Такое необычное поведение сопротивления обусловлено образованием куперовских пар - связанных состояний электронов с энергией, близкой к энергии Ферми. Для большинства известных сверхпроводящих соединений, параметр порядка в которых имеет симметрию л-типа, суммарный спин куперовской пары равен нулю. При температурах ниже критической происходит конденсация куперовских пар в основном состоянии, волновая функция которого является общей для всех электронов в конденсате (сверхпроводящих электронов) [2]. При этом в энергетическом спектре возбуждений сверхпроводящих электронов образуется щель, препятствующая разрушению их когерентного состояния под действием малых возмущений (величина щели увеличивается с уменьшением температуры). Пропускание через проводник постоянного тока I приводит к возникновению ненулевого суммарного импульса куперовских пар, однако, пока величина их скорости не превышает отношение ширины энергетической щели Д к импульсу Ферми рР (пока 1<1С), состояние электронов в конденсате остается когерентным [3, 4], и сверхпроводящий ток является бездиссипативным.
Отсутствие джоулевых потерь в сверхпроводниках открывает широкие перспективы для их использования в микроэлектронике, где проблема организации эффективного отвода тепла является одним из наиболее существенных ограничений для уменьшения размеров элементов интегральных микросхем. При этом скачкообразное поведение сопротивления сверхпроводников вблизи критической температуры позволяет осуществлять эффективное управление электронным транспортом.
В последнее время большое внимание уделяется изучению явлений, на основе которых можно осуществлять управление транспортными свойствами сверхпроводников при помощи внешних магнитных полей. Основным результатом взаимодействия сверхпроводника с магнитным полем является разрушение куперовских пар, обусловленное двумя механизмами. Во-первых, магнитное поле Н приводит к зеемановскому расщеплению одноэлектронных уровней

Теперь вычислим выражение для производной дТс/д(к2 в точке к = О . Для этого воспользуемся уравнением самосогласованна в форме (1.9). Переходя к суммированию только по положительным мацубаровским частотам, находим:
і п1М+Ке^

п + -
п + +
Г.~'М
2 яТ„(к)

Дифференцируя данное выражение по к2 в точке к = 0, находим:
1 дТЛк)
Тс{0) 5(А2)
'(0) V
2яТ.(0))
1 5т? (*)
После алгебраических преобразований имеем:
1 К'(к)
2*Г.(0) 8(к 8Тс(к)
4°) і атс(к)
= -2 яг-

2жТс(0)Тс(0) д(к
1-ЯеЁ
и=0 (п+у + г)
Наконец, сравнивая выражения (1.31), (1.34) и (1.29), окончательно получаем:

8л■ сі.стЛ
есФДДГДо)
1-Ке-|гЧ/1| — + у
8Тс(к)

(1.32)
= о- (1-33)
(1.34)
(1.35)
что совпадает с выражением (1.20).
Таким образом, показано, что параметр Л"2 обращается в ноль вместе с производной дТс/о(к2') . Подчеркнем, что для < »^В/к/Тс0 состояние ЛОФФ может стать стабильным при температурах, близких к Тс0.
Переключения между однородным в плоскости слоев состоянием и неоднородным состоянием ЛОФФ могут осуществляться контролируемым образом в гибридных системах В/Р/Т7' [см. Рисунок 5(с)], в которых магнитные моменты ферромагнитных слоев Б и Р' составляют ненулевой угол в друг с другом. Для неколлинеарных магнитных моментов триплетная компонента аномальной функции Грина, генерируемая в слое Р, становится дальнодействующей в Р' слое и
затухает на расстоянии порядка (где £,п - / 4лТс0 ), в то время как синглетная компо-
нента полностью подавляется на расстоянии порядка //г от РА7’ границы. В результа-
те, если толщина с!г слоя Р' существенно превышает ^, то соответствующий вклад в параметр
экранировки Л"2 всегда отрицательный и может стать сравнимым с вкладом от сверхпроводящей пленки. В то же время для углов в, близких к нулю и ж, дальнодействующая триплетная компонента пренебрежимо мала, и состояние ЛОФФ не возникает. Таким образом, изменение угла в приводит к изменению длины магнитной экранировки, что позволяет управлять переключением системы в состояние ЛОФФ.