Взаимодействие ферромагнетизма и сверхпроводимости в тонко-пленочных слоистых системах сверхпроводник/ферромагнетик.

Лаборатория физики перспективных материалов КФТИ КазНЦ РАН.
Руководитель: д.ф.-м.н. И.А. Гарифуллин.

Исследования взаимного влияния ферромагнетизма и сверхпроводимости в искусственно созданных гетероструктурах сверхпроводник/ферромагнетик (S/F) (так называемых эффектов близости сверхпроводник/ферромагнетик) показали:

Влияние магнетизма на сверхпроводимость.

Fe/Nb/Fe: Исследования магнитных свойств показали, что ферромагнетизм в слоях железа возникает только при толщинах Fe больших 7 Å. Эффект связан с наличием «мертвого» в магнитном отношении слоя железа на интерфейсе Nb/Fe, возникающего вследствие интердиффузии атомов железа и ниобия. Наиболее интересный результат был получен при исследовании зависимости температуры сверхпроводящего перехода Тс от толщины слоя железа dFe при фиксированной толщине Nb [1,2]. Было установлено, что эта зависимость является немонотонной и имеет четко определенный максимум при dFe, соответствующей появлению ферромагнетизма. Интерпретация обнаруженного максимума в поведении Тс(dFe) основана на ослаблении куперовского спаривания в «мертвом» слое железа вследствие сильных спиновых флуктуаций в нем и подавлении этих флуктуаций обменным полем при появлении ферромагнитного слоя с увеличением толщины слоя железа. Можно предположить, что переходный слой на интерфейсе был ответственным за аномальные явления, наблюдавшиеся и в некоторых ранних работах.

Fe/Pb/Fe: Было показано, что в этой системе удается добиться прямого контакта S/F без промежуточного слоя и вследствие этого исследовать истинный эффект близости S/F [3, 4]. Поведение Тс(dFe)  в этой системе  также оказалось немонотонным. Однако в данном случае немонотонность свидетельствует о реализации необычной сверхпрово-димости в ферромагнитных слоях с неоднородным параметром порядка. Анализ полученных результатов показал, что коэффициент прохождения куперовских пар через границу сверхпроводник/ферромагнетик сильно ограничен.

Fe/V/Fe: В этой системе так же как и в Pb/Fe было установлено отсутствие переходного слоя на интерфейсе V/Fe. Было обнаружено, что с ростом толщины слоев железа до 3 Å при фиксированной толщине V Tc  быстро падает. Нам не удалось зафиксировать наличие сверхпроводимости выше 0.5 К в области 5< dFe <10 Å.  С дальнейшим увеличением dFe Tc растет, достигая насыщения на уровне 2 К. Данный результат указывает на возможность реализации «возвратной» сверхпроводимости, которая до сих пор экспериментально не наблюдалась. Анализ результатов, аналогичный проведенному для системы Pb/Fe  с использованием теории [5], учитывающей конечную прозрачность Т интерфейса для куперовских пар,  показал, что значение параметра Т для системы V/Fe значительно больше, чем для Pb/Fe. Обсуждаются причины, приводящие к ограничению параметра Т в исследованных системах.

Влияние сверхпроводимости на магнетизм.

Исследования магнитного состояния слоя железа в эпитаксиальных монокристаллических бислоях Fe/Nb были проведены методом ферромагнитного резонанса [6]. Анализ результатов по угловой зависимости резонансного поля показал, что в образцах с малой dFe намагниченность слоев Fe зависит от температуры ниже Тс , уменьшаясь с понижением температуры. Эффект наблюдается в области, где происходит скачкообразное уменьшение Тс и исчезает при dFe , соответствующей началу насыщения на кривой Tc(dFe) [7]. Эффект уменьшения намагниченности слоев железа в сверхпроводящем состоянии мы связываем с действием «сверхпроводящей» добавки в РККИ взаимодействие, возникающей вследствие сверхпроводящих корреляций в куперовском конденсате. Данный вклад в обменное взаимодействие между ионами Fe приводит к модуляции ферромагнитного порядка и, следовательно, к уменьшению момента насыщения слоев Fe.

Литература:
1. Mühge Th., Garif’yanov N.N., Goryunov Yu.V. et al., Phys.Rev.Lett. 77, 1857 (1996)
2. Mühge Th., Westerholt Th., Zabel H., Garif’yanov N.N. et al., Phys.Rev.B 55, 8945 (1997)
3. Garif’yanov N.N., Goryunov Yu.V., Mühge Th. et al., Eur.Phys.J. B 1, 405 (1998)
4. Lazar L., Westerholt K., Zabel H., Tagirov L.R. et al., Phys.Rev.B 61, 3711 (2000)
5. Tagirov L.R. Physica C 307, 145 (1998)
6. Mühge Th., Garif’yanov N.N., Goryunov Yu.V. et al., Physica C 296, 325 (1998)
7. Mühge Th., Theis-Bröhl K., Westerholt K.,  et al., Phys.Rev.B 57, 8945 (1998)