Vanishing Meissner effect as a Hallmark of in–Plane Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov Instability in Superconductor–Ferromagnet Layered Systems

Миронов, С. В.; Mel’nikov, A. S.; Buzdin, Alexandre I.

doi:10.1103/physrevlett.109.237002

Cited by 75 publications

(81 citation statements)

References 37 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…25, the transition of S/F hybrid structures to the in-plane FFLO-state is accompanied by vanishing of the Meissner effect. It is connected to the fact that the Meissner response of a S/F bilayer in the homogeneous state can become paramagnetic and such a structure is unstable with respect to the formation of the FFLO-state 25 . The homogeneous state of our nonmagnetic S/N bilayer never exhibits the paramagnetic Meissner response.…”

mentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

In-plane Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov instability in a superconductor–normal metal bilayer system under nonequilibrium quasiparticle distribution

Bobkova

Bobkov

2013

Phys. Rev. B

View full text Add to dashboard Cite

It is predicted that a new class of systems -superconductor/normal metal (S/N) heterostructures can reveal the in-plane Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) instability under nonequilibrium conditions at temperatures close to the critical temperature. It does not require any Zeeman interaction in the system. For S/N heterostructures under non-equilibrium distribution there is a natural easily adjustable parameter -voltage, which can control the FFLO-state. This FFLO-state can be of different types: plane wave, stationary wave and, even, 2D-structures are possible. Some types of the FFLO-state are accompanied by the magnetic flux, which can be observed experimentally. All the types of the FFLO-state can be revealed through the temperature dependence of the linear response of the system on the applied magnetic field near Tc, which strongly differs from that one for the homogeneous state.PACS numbers: 74.45.+c, 74.40.Gh There are two mechanisms of superconductivity destruction by a magnetic field: orbital effect and the Zeeman interaction of electron spins with the magnetic field. Usually the orbital effect is more restrictive. However there are several classes of systems, where the orbital effect is strongly weakened (systems with large effective mass of electrons 1,2 , thin films and layered superconductors under in-plane magnetic field 3 ) or even completely absent (superconductor/ferromagnet (S/F) heterostructures 4,5 ). Then the Zeeman interactions of electron spins with a magnetic or an exchange field is responsible for the superconductivity destruction.The behavior of a superconductor with a homogeneous exchange field h was studied long ago 6-9 . It was found that homogeneous superconducting state becomes energetically unfavorable above the paramagnetic (Pauli) limit h = ∆ 0 / √ 2, where ∆ 0 is the zero-temperature superconducting gap. As it was predicted by Larkin and Ovchinnikov 6 and by Fulde and Ferrell 7 , in a narrow region of exchange fields exceeding this value superconductivity can appear as an inhomogeneous state with a spatially modulated Cooper pair wave function (FFLOstate).Now there is a growing body of experimental evidence for the FFLO phase, generated by the applied magnetic field, reported from various measurements 10-24 . However, any unambiguous experimental results, which can be interpreted only as a fingerprint of the FFLO-state, are not reported by now.On the other hand, it has been predicted recently 25 that the FFLO-state can be realized in S/F heterostructures, where S is a singlet s-wave superconductor. Here we mean the so-called in-plane FFLO-state, where the superconducting order parameter profile is modulated along the layers. It should be distinguished from the normal to the S/F interface oscillations of the condensate wave function in the ferromagnetic layer, which are well investigated as theoretically, so as experimentally 4,5,26 .In this paper we show that the in-plane FFLO-state can be the most energetically favorable state in S/N heterostructures under the non-equili...

show abstract

mentioning

confidence: 99%

“…On the other hand, it has been predicted recently 25 that the FFLO-state can be realized in S/F heterostructures, where S is a singlet s-wave superconductor. Here we mean the so-called in-plane FFLO-state, where the superconducting order parameter profile is modulated along the layers.…”

mentioning

confidence: 99%

In-plane Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov instability in a superconductor–normal metal bilayer system under nonequilibrium quasiparticle distribution

Bobkova

Bobkov

2013

Phys. Rev. B

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…эффект близости и обменное взаимодействие могут ин-дуцировать в SFS-структуре как необычное π-состояние, так и продольную слоям ЛОФФ-модуляцию [24].…”

Section: неоднородные сверхпроводящие состояния в трехслойной Sfs-стрunclassified

“…Заметим, что при отсутствии структурных неоднородностей на FS-границе продольная слоям фазовая модуляция сверхпроводящего параметра порядка возможна из-за формирования неоднородного состояния Ларкина−Овчинникова−Фульде−Феррелла (ЛОФФ) [22,23]. Влияние продольного ЛОФФ-состояния на свойства слоистых гибридных систем сверхпровод-ник/ферромагнетик было изучено недавно в работе [24], где была показана связь ЛОФФ-неустойчивости и аномального эффекта Мейснера в подобных структурах. При наличии сильного спин-орбитального взаимодей-ствия в ферромагнетике продольная ЛОФФ-модуляция 2123…”

Section: Introductionunclassified

See 1 more Smart Citation

Фазовые Переходы В Гибридных SFS-структурах С Тонкими Сверхпроводящими Слоями

Самохвалов¹

2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

На основе линеаризованных уравнений Узаделя выполнены расчеты критической тем пературы Tc фазового перехода в сверхпроводящее состояние гибридной структуры сверх проводник/ферромагнетик/сверхпровод-ник (SFS) c эффектом близости. Показано, что эффект близости между S и F металлами и обменное взаимодействие могут индуцировать неоднородное сверхпроводящее состояние с продольной слоям мо-дуляцией сверхпроводящего параметра порядка ∝ exp(i pz ), которое характеризуется отличным от нуля значением волнового числа p, описывающего неустойчивость Ларкина−Овчинникова−Фульде−Феррелла. Изучено влияние этой неустойчивости на переходы между 0-и π-состояниями SFS-структуры. Показано, что 0−π переход сопровождается немонотонной зависимостью как критической температуры Tc , так и эффективной глубины проникновения магнитного поля в гибридную структуру от характерного размера ферромагнитной области.Работа выполнялась при финансовой поддержке гранта РНФ № 151210020. DOI: 10.21883/FTT.2017.11.45048.07k ВведениеНеобычное поведение гибридных структур, состоящих из чередующихся слоев сверхпроводника (S) и фер-ромагнетика (F) с эффектом близости [1], как прави-ло, связано с явлением π-сверхпроводимости [2], при котором устанавливается нетривиальная разность фаз θ = π между соседними сверхпроводящими слоями. Эффект близости на SF-границах и обменное взаи-модействие приводят к появлению в ферромагнетике сверхпроводящих корреляций, амплитуда которых ос-циллирует и затухает в направлении, перпендикулярном SF-границе [3][4][5]. Частичное или полное подавление сверхпроводимости в S-слоях зависит от структуры пар-ной волновой функции, т. е. от типа основного состояния (0 или π), которое устанавливается в SFS-структуре. Фазовый переход между 0-и π-состояниями гибридной структуры проявляется в немонотонной зависимости критической температуры перехода структуры в сверх-проводящее состояние T c от толщины F-слоя и экспери-ментально определяется по заметному подавлению джо-зефсоновского тока SFS-перехода [3,4,6,7]. Для опреде-ления критической температуры T c -перехода гибридной SF-структуры в сверхпроводящее состояние используют измерения температурной зависимости сопротивления образца [8][9][10], его магнитной восприимчивости [11], или нелинейного СВЧ-отклика [12].В последнее время ведутся активные исследования джозефсоновских переходов, в которых из-за различных особенностей туннелирования через барьер возникает неоднородное вдоль слоев распределение джозефсонов-ской разности фаз. В гибридных SFS-структурах это достигается путем изменения толщины ферромагнитно-го слоя [13] и/или при использовании комбинированного барьера, состоящего из участков нормального (N) металла и ферромагнетика [14]. Подобные системы с искусственно созданным чередованием 0 и π контактов обладают необычной (отличной от фраунгоферовой) зависимостью критического тока I c от внешнего магнитного поля H 0 [15,16] и допускают спонтанную генерацию вихрей с магнитным потоком, равным доле кванта магнитного потока 0 = π c/|e| на границах между 0 и π участками перехода [17,18]. Джозеф...

show abstract