Впервые обнаружен полный переход слоистой тонкоплёночной структуры из нормального в сверхпроводящее состояние путём изменения взаимной ориентации намагниченностей ферромагнитных слоёв за счёт эффекта близости сверхпроводник/ферромагнетик.

Лаборатория физики перспективных материалов КФТИ КазНЦ РАН совместно Институтом твёрдого тела и материаловедения (IFW) (Дрезден, Германия) и ФГБУН Институтом теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН (Черноголовка, Моск. обл.).
Руководитель: Гарифуллин И.А.
Исполнители: Гарифуллин И.А., Гарифьянов Н.Н., Лексин П.В. (КФТИ КазНЦ РАН); Шуманн Й., Винцельберг Х., Катаев В., Клингелер Р., Шмидт О.Г., Бюхнер Б. (Институт твёрдого тела и материаловедения (IFW) Дрезден, Германия); Фоминов Я.В. (ФГБУН Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН, Черноголовка, Моск. обл.).

Возможность создания спинового клапана для сверхпроводящего тока в слоистых тонкоплёночных структурах сверхпроводник/ферромагнетик (С/Ф), состоящего из одного С-слоя и двух Ф-слоёв, была предсказана теоретически в работах Oh S., Youm D., Beasley M.R.: Appl. Phys. Lett. 71, 2376 (1997); Tagirov L.R.: Phys. Rev. Lett. 83, 2058 (1999) и Buzdin A.I., Vedyaev A.V., Ryzhanova N.N.: Europhys. Lett. 48, 686 (1999). В ряде экспериментальных работ было подтверждено предсказанное влияние взаимной ориентации намагниченностей на температуру сверхпроводящего перехода Тс. Вместе с тем, различие в Тс между антипараллельной TсAP и параллельной TсP ориентациями ΔTс=TсAP-TсP всегда оказывалось меньше ширины сверхпроводящего перехода δTс, и, таким образом, полного переключения из нормального в сверхпроводящее состояние наблюдать не удавалось. Мы впервые наблюдали полное включение и выключение сверхпроводящего тока. Экспериментальная реализация эффекта спинового клапана была достигнута для мультислойной системы CoOx/Fe1/Cu/Fe2/In. Здесь CoOx – это антиферромагнитный слой, служащий для закрепления намагниченности слоя Fe1 в направлении магнитного поля, в котором замораживался образец; Fe1 и Fe2 - слои ферромагнитного железа; Cu - слой немагнитного металла для «развязывания» намагниченностей слоёв Fe1 и Fe2; In – слой сверхпроводника. Классические теории эффекта спинового клапана предсказывают, что TсPсAP. Мы обнаружили, что знак эффекта спинового клапана ΔTс зависит от толщины слоя железа Fe2 dFe2 и осциллирует с переменой знака. При дальнейшем исследовании образцов с фиксированной толщиной слоя индия нами наблюдалась осцилляционная зависимость самой температуры сверхпроводящего перехода Тс от dFe2. Анализ зависимости Tс(dFe2) с использованием теории эффекта близости сверхпроводник/ ферромагнетик дал возможность определить все микроскопические параметры исследованной системы. Используя недавнюю теорию Фоминова и др. [Письма в ЖЭТФ 91, 329 (2010)] и эти микроскопические параметры, удалось получить удовлетворительное описание знакопеременного осцилляционного поведения эффекта спинового клапана ΔTс (dFe2) [2].

2012_3.jpg
 Рис. 1. Зависимость величины эффекта спинового клапана от толщины Fe2  


Публикации:
  1. Leksin P.V., Garif’yanov N.N., Garifullin I.A., Schumann J., Vinzelberg H., Kataev V., Klingeler R., Schmidt O.G., Büchner B.: Full spin switch effect for the superconducting current in a superconductor/ferromagnet thin film heterostructure. Appl. Phys. Lett. 97, 102505(1-3) (2010)
  2. Leksin P.V., Garif'yanov N.N., Garifullin I.A., Schumann J., Vinzelberg H., Kataev V., Klingeler R., Schmidt O.G., Büchner B.: Oscillation behavior of the spin valve effect for supercurrent in a superconductor/ferromagnet thin film heterostructures. Phys. Rev. Lett. 106, no. 6, 067005(1-4) (2011)
  3. Garifullin I.A.: Recent experimental results on the superconductor/ferromagnet proximity effect. Письма в ЖЭТФ 93, вып. 10, 674-683 (2011)
  4. Leksin P.V., Garif’yanov N.N., Garifullin I.A., Schumann J., Kataev V., Schmidt O.G., Büchner B.: Physical properties of the superconducting spin-valve Fe/Cu/Fe/In heterostructure. Phys. Rev. B 85, 024502(1-11) (2012)
  5. Efetov K.B., Garifullin I.A., Volkov A.F., Westerholt K.: Spin-polarized electrons in the superconductor/ferromagnet hybrid structures. «Magnetic Heterostructures. Spin Dynamics and Spin Transport ». Series Springer Tracts in Modern Physics (Zabel H., Farle M., еds.), vol. 246, pр. 85-118 (2012)
  6. Гарифуллин И.А.: Новые интерференционные эффекты в спиновом клапане сверхпроводник/ферромагнетик (приглашён. доклад). Совместный семинар «Россия-Украина» «Физика сверхпроводниковых гетероструктур», 15-16 сентября 2011, Черноголовка, Россия.
  7. Garifullin I.A.: Spin-polarized electrons in superconductor/ferromagnets hybrid structures (invited). Int. Conf. “Spin Physics, Spin Chemistry and Spin Technology”, November 1-5, 2011, Kazan, Russia

Возврат к списку