Mutual conversion of singlet and triplet ordering in singlet superconductor junctions with ferromagnetic nickel

Abstract

A study of the density of quasiparticle states of a lead film, which is a conventional superconductor with spin-singlet electron pairing, as a function of the nanoscale ferromagnetic nickel layer thickness that is in direct contact with the lead (inverse proximity effect). It is found that the penetration depth of superconducting correlations into the ferromagnetic nickel is of the same order of magnitude as in contacts involving lead and a normal metal. This behavior can be explained by the appearance of an inhomogeneous exchange field at the interface, which leads to the effective conversion of spin-singlet (rapidly decaying in a ferromagnet) Cooper pairs into spin-triplet pairs, which are stable with respect to exchange interaction.

Influence of Electromagnetic Proximity Effect on Transport Characteristics of Josephson Junctions Ferromagnet/Superconductor–Barrier–Superconductor

“…Як зазначено в огляді [5], майже всі докази існування ефекту «далекої близькості» базуються на результатах досліджень гібридних структур надпровідник-магнетний матеріял-надпровідник, порівняно з котрими кількість робіт, у яких феромагнетик знаходиться із зовнішнього боку, було незначним, наприклад, публікація [6]. Однією з перших таких робіт була наша стаття [7], у якій досліджено тунельний контакт на основі F/S електроду з феромагнетною плівкою саме із зовнішнього боку тунельного контакту. У роботі [7] наведено аналіз залежності щільності квазічастинкових станів плівки Pb, традиційного надпровідника з синглетним спаровуванням електронів, від товщини нанорозмірного шару феромагнетного Ni у безпосередньому контакті з Pb.…”

“…Однією з перших таких робіт була наша стаття [7], у якій досліджено тунельний контакт на основі F/S електроду з феромагнетною плівкою саме із зовнішнього боку тунельного контакту. У роботі [7] наведено аналіз залежності щільності квазічастинкових станів плівки Pb, традиційного надпровідника з синглетним спаровуванням електронів, від товщини нанорозмірного шару феромагнетного Ni у безпосередньому контакті з Pb. Було виявлено, що глибина проникнення надпровідних кореляцій у феромагнетний нікель має той самий порядок величини, що і у контактах свинцю з нормальним металом.…”

“…Було виявлено, що глибина проникнення надпровідних кореляцій у феромагнетний нікель має той самий порядок величини, що і у контактах свинцю з нормальним металом. Таку поведінку можна пояснити виникненням на інтерфейсі неоднорідного обмінного поля, яке має своїм наслідком конверсію спін-синглетних куперівських пар у спін-триплетні пари, які є стійкими щодо обмінної взаємодії і тому поширюються на відстані, значно більші ніж це дають станда-ртні розрахунки для магнетного матеріялу [7]. У даній роботі ми реалізуємо подібну конфігурацію, а саме, гетероструктуру, яка складається з п'яти плівок -феромагнетного нікелю, надпровідного свинцю, надтонкого олова, оксидного бар'єру SnО õ та протилежної плівки свинцю у надпровідному стані.…”

“…У даній роботі ми реалізуємо подібну конфігурацію, а саме, гетероструктуру, яка складається з п'яти плівок -феромагнетного нікелю, надпровідного свинцю, надтонкого олова, оксидного бар'єру SnО õ та протилежної плівки свинцю у надпровідному стані. Але на відміну від попередньої публікації [7] перехідний шар дозволяв куперівським парам тунелювати крізь нього квантово-механічним чином. Таким чином, створений перехід був джозефсонівським з надвисокою чутливістю до наявності магнетного упорядкування в одному з надпровідних електродів, що дозволило нам виявити ефект проникнення феромагнетного порядку з феромагнетної плівки Ni у надпровідний Pb на відстані, які суттєво перевищують довжину когерентності у цьому металі.…”

“…Проте експерименти на основі мюонного і нейтронного розсіювання, див. [13,14], і відповідні посилання у цих статтях, а також тунельні експерименти [7], свідчать про ще більші, тобто аномально великі відстані проникнення намагнеченості, паралельної площині F шару у надпровідник, які жодним чином не відповідають теорії зворотного ефекту близькості. У роботах [10,11] цей феномен пояснений як результат запропонованого авторами електромагнетного ефекту близькості, який полягає у генерації надпровідних струмів у феромагнетику внаслідок звичайного (прямого) ефекту близькості і у відповідь мейснерівських струмів у надпровіднику.…”