The Reverse Proximity Effect in Superconductor–Ferromagnetic Insulator Heterostructures

D. V. Seleznev; Селезнев Д. В.; V. O. Yagovtsev; Яговцев В. О.; N. G. Pugach; Пугач Н. Г.; Ya. V. Turkin; Туркин Я. В.; E. G. Ekomasov; Екомасов Е. Г.; B. G. L’vov; Львов Б. Г.

doi:10.31857/S0015323022601593

Обратный эффект близости в гетероструктурах сверхпроводник–ферромагнитный диэлектрик

Авторы: Селезнев Д.В.¹, Яговцев В.О.¹, Пугач Н.Г.¹, Туркин Я.В.¹^,2, Екомасов Е.Г.³^,4, Львов Б.Г.¹
Учреждения:
1. Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
2. Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского
3. Уфимский университет науки и технологий
4. Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы
Выпуск: Том 124, № 2 (2023)
Страницы: 196-203
Раздел: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
URL: https://ogarev-online.ru/0015-3230/article/view/139416
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022601593
EDN: https://elibrary.ru/KYXYRR
ID: 139416

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Наведенная за счет обратного эффекта близости намагниченность в сверхпроводнике исследуется в гибридных структурах, содержащих сверхпроводник и ферромагнитный изолятор. Исследование проводится в рамках метода квазиклассических функций Грина, в котором уравнения Узаделя численно решаются с граничными условиями, подходящими для сильно спин-поляризованных ферромагнитных материалов. Изучалась конверсия синглетных сверхпроводящих корреляций в триплетные в результате эффекта близости с ферромагнетиком и ее проявления в особенностях электронной плотности состояний, наведенной намагниченности и подавлении сверхпроводящего параметра порядка. Показано, что намагниченность может менять знак внутри сверхпроводящего слоя. Приведено сравнение распределения намагниченности с данными, полученными авторами в предыдущих работах.

Ключевые слова

сверхпроводимость, сверхпроводник–ферромагнитный изолятор, обратный эффект близости, наведенная намагниченность, плотность состояний

Список литературы

Žutić I., Fabian J., Sarma S.D. Spintronics: Fundamentals and applications // Rev. Mod. Phys. 2004. V. 76. № 2. P. 323–410.
Пугач Н.Г., Cафончик M.O., Хайм Д.М., Яговцев В.О. Сверхпроводящие спиновые вентили на основе спиральных магнетиков // ФТТ. 2018. Т. 60. № 11. С. 2196–2202.
Gusev N.A., Dgheparov D.I., Pugach N.G., Belotelov V.I. Magnonic control of the superconducting spin valve by magnetization reorientation in a helimagnet // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 118. № 23. P. 232601.
Pugach N. G., Safonchik M., Champel T., Zhitomirsky M.E., Lähderanta E., Eschrig M., Lacroix C. Superconducting spin valves controlled by spiral re-orientation in B20-family magnets // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 111. № 16. P. 162 601.
Yagovtsev V.O., Gusev N.A., Pugach N.G., Eschrig M. The inverse proximity effect in strong ferromagnet–superconductor structures // Supercond. Sci. Tech. 2021. V. 34. № 2. P. 025003.
Pugach N.G., Safonchik M.O., Belotelov V.I., Ziman T., Champel T. Superconducting spin valve under magnonic control // arXiv prep. 2021. arXiv:2110.00369.
Linder J., Robinson J.W. Superconducting spintronics // Nat. Phys. 2015. V. 11. № 4. P. 307–315.
Blamire M.G., Robinson J.W.A. The interface between superconductivity and magnetism: understanding and device prospects // J. Phys. Cond. Matt. 2014. V. 26. № 45. P. 453 201.
Buzdin A.I. Proximity effects in superconductor-ferromagnet heterostructures // Rev. Mod. Phys. 2005. V. 77. № 3. P. 935–976.
Eschrig M. Spin-polarized supercurrents for spintronics: a review of current progress // Rep. Prog. Phys. 2015. V. 78. № 10. P. 104501.
Bergeret F.S., Volkov A.F., Efetov K.B. Odd triplet superconductivity and related phenomena in superconductor-ferromagnet structures // Rev. Mod. Phys. 2005. V. 77. № 4. P. 1321–1373.
Heim D.M., Pugach N.G., Kupriyanov M.Y., Goldobin E., Koelle D., Kleiner R. Ferromagnetic planar Josephson junction with transparent interfaces: a φ junction proposal // J. Phys. Cond. Matt. 2013. V. 25. № 21. P. 215 701.
Heim D.M., Pugach N.G., Kupriyanov M.Y., Goldobin E., Koelle D., Kleiner R., Ruppelt N., Weides M., Kohlstedt H. The effect of normal and insulating layers on 0-π transitions in Josephson junctions with a ferromagnetic barrier // New J. Phys. 2015. V. 17. № 11. P. 113022.
Stoutimore M.J.A., Rossolenko A.N., Bolginov V.V., Oboznov V.A., Rusanov A.Y., Baranov D.S., Pugach N., Frolov S.M., Ryazanov V.V., Van Harlingen D.J. Second-harmonic current-phase relation in Josephson junctions with ferromagnetic barriers // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 121. № 17. P. 177702.
Pugach N.G., Kupriyanov M.Yu., Vedyayev A.V., Lacroix C., Goldobin E., Koelle D., Kleiner R., Sidorenko A.S. Ferromagnetic Josephson junctions with steplike interface transparency // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 13. P. 134 516.
Klenov N., Kornev V., Vedyayev A., Ryzhanova N., Pugach N., Rumyantseva T. Examination of logic operations with silent phase qubit // J. Phys. Conf. Ser. 2008. V. 97. № 1. P. 012037.
Gaifullin R.R., Deminov R.G., Aliyev M.N., Tagirov L.R. Superconducting spin-valves in spintronics // Magn. Res. Sol. 2019. V. 21. № 3.
Devizorova Z., Buzdin A. Superconductivity-driven helical magnetic structure in EuRbFe4As4 ferromagnetic superconductor // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. № 10. P. 104 523.
Leksin P.V., Kamashev A.A., Schumann J., Kataev V.E., Thomas J., Büchner B., Garifullin I.A. Boosting the superconducting spin valve effect in a metallic superconductor/ferromagnet heterostructure // Nano Res. 2016. V. 9. № 4. P. 1005–1011.
Tokuyasu T., Sauls J.A., Rainer D. Proximity effect of a ferromagnetic insulator in contact with a superconductor // Phys. Rev. B. 1988. V. 38. № 13. P. 8823–8833.
Fazio R., Lucheroni C. Local density of states in superconductor-ferromagnetic hybrid systems // EPL 1999. V. 45. № 6. P. 707–713.
Bergeret F.S., Volkov A.F., Efetov K.B. Induced ferromagnetism due to superconductivity in superconductor-ferromagnet structures // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. № 17. P. 174504.
Champel T., Eschrig M. Effect of an inhomogeneous exchange field on the proximity effect in disordered superconductor-ferromagnet hybrid structures // Phys. Rev. B. 2005 V. 72. № 5. P. 054523.
Linder J., Yokoyama T., Sudbø A. Theory of superconducting and magnetic proximity effect in S/F structures with inhomogeneous magnetization textures and spin-active interfaces // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. № 5. P. 054 523.
Bergeret F.S., Verso A., Volkov A.F. Spin-polarized Josephson and quasiparticle currents in superconducting spin-filter tunnel junctions // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. № 6. P. 060506.
Bergeret F.S., Verso A., Volkov A.F. Electronic transport through ferromagnetic and superconducting junctions with spin-filter tunneling barriers // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. № 21. P. 214516.
Pugach N.G., Buzdin A.I. Magnetic moment manipulation by triplet Josephson current // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. № 24. P. 242602.
Ouassou J.A., Pal A., Blamire M., Eschrig M., Linder J. Triplet Cooper pairs induced in diffusive s-wave superconductors interfaced with strongly spin-polarized magnetic insulators or half-metallic ferromagnets // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 1–16.
Eschrig M., Cottet A., Belzig W., Linder J. General boundary conditions for quasiclassical theory of superconductivity in the diffusive limit: application to strongly spin-polarized systems // New J. Phys. 2015. V. 17. № 8. P. 083037.
Kiwi M. Origin of the magnetic proximity effect // MRS Online Proc. Lib. 2002. 746.
Giazotto F., Solinas P., Braggio A., Bergeret F. S. Ferromagnetic-insulator-based superconducting junctions as sensitive electron thermometers // Phys. Rev. App. 2015. V. 4. № 4. P. 044016.
Pal A., Blamire M.G. Large interfacial exchange fields in a thick superconducting film coupled to a spin-filter tunnel barrier // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. № 18. P. 180510.
Li B., Roschewsky N., Assaf B.A., Eich M., Epstein–Martin M., Heiman D., Münzenberg M., Moodera J.S. Superconducting spin switch with infinite magnetoresistance induced by an internal exchange field // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. № 9. P. 097001.
Wolf M.J., Sürgers C., Fischer G., Beckmann D. Spin-polarized quasiparticle transport in exchange-split superconducting aluminum on europium sulfide // Phys. Rev. B. 2014. V. 90. № 14. P. 144509.
Boden K.M., Pratt Jr. W.P., Birge N.O. Proximity-induced density-of-states oscillations in a superconductor/strong-ferromagnet system // Phys. Rev. B. 2011. V. 84. № 2. P. 020510.
Knežević M., Trifunovic L., Radović Z. Signature of the long-range triplet proximity effect in the density of states // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. № 9. P. 094517.
Alidoust M., Halterman K., Valls O.T. Zero-energy peak and triplet correlations in nanoscale superconductor/ferromagnet/ferromagnet spin valves // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. № 1. P. 014508.
Яговцев В.О., Пугач Н.Г. Намагниченность, наведенная в сверхпроводнике из-за эффекта близости с ферромагнитным диэлектриком // ФММ. 2020. Т. 121. № 3. С. 277–282.
Alexander J.A.X., Orlando T.P., Rainer D., Tedrow P.M. Theory of Fermi-liquid effects in high-field tunneling // Phys. Rev. B. 1985. V. 31. № 9. P. 5811–5825.
Яговцев В.О., Пугач Н.Г., Екомасов Е.Г., Львов Б.Г. Намагниченность в бислоях сверхпроводник–ферромагнитный металл, вызванная обратным эффектом близости // ФММ. 2021. Т. 122. № 9. С. 908–916.
Bakurskiy S.V., Neilo A.A., Klenov N.V., Soloviev I.I., Golubov A.A., Kupriyanov M.Y. Density of states and current–voltage characteristics in SIsFS junctions // Supercond. Sci. Tech. 2021. V. 34. № 8. P. З085007.
Li B., Miao G.X. Moodera J.S. Observation of tunnel magnetoresistance in a superconducting junction with Zeeman-split energy bands // Phys. Rev. B. 2013. V. 8. № 16. P. 161 105.