КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-72-00083
НазваниеУсиление сверхпроводимости магнетизмом в структурах с поверхностным спин-орбитальным взаимодействием
Руководитель Девизорова Жанна Алексеевна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость
Ключевые слова сверхпроводимость, спин-орбитальное взаимодействие, магнетизм, критическая температура, критическое поле, критический ток, оптика сверхпроводников, эффект Керра
Код ГРНТИ29.19.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Взаимодействие сверхпроводимости и магнетизма представляет интерес как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Первый связан с антагонистическим характером этих двух явлений: магнетизм и синглетная сверхпроводимость подавляют друг друга посредством орбитального (генерация экранирующих мейснеровских токов) и обменного (магнитное поле стремится сделать спины электронов параллельными, разрушая при этом спин-синглетные куперовские пары) механизмов. В результате их сосуществование возможно либо в гибридных системах сверхпроводник/ферромагнетик, где два типа упорядочения пространственно разделены, либо в особых материалах - ферромагнитных сверхпроводниках, в которых одно из упорядочений становится существенно неоднородно, и возникают экзотические фазы.
С другой стороны, именно магнитное поле создает эффективные механизмы управления сверхпроводящим состоянием, что важно для практических приложений. Например, на основе S/F гибридов можно создать "спиновый вентиль" - аналог транзистора, управляемый магнитным полем. Таким образом, выявление условий, при которых магнитное поле не будет деструктивно влиять на сверхпроводимость, представляется актуальной задачей.
В недавних экспериментах усиление сверхпроводимости магнитным полем (а именно, повышение критической температуры) наблюдалось в тонких плёнках свинца в параллельном магнитном поле [1]. Мы полагаем, что эффект может быть связан с наличием сильного поверхностного спин-орбитального взаимодействия типа Рашбы, которое возникает в "тяжелом" свинце на границе с вакуумом. В рамках данного проекта мы планируем изучить действие магнитного поля на сверхпроводимость в структурах со спин-орбитальным взаимодействием типа Рашбы на поверхности. Мы ожидаем усиления сверхпроводимости, которое будет проявляться в наблюдаемых величинах. В рамках проекта будут вычислены термодинамические характеристики (критическая температура Tc, магнитное поле Hc3), а также транспортные характеристики (критический ток) таких структур во внешнем магнитном поле H. Будут выяснены условия, в которых происходит усиление сверхпроводимости (повышение критической температуры и т.д.). Полученные зависимости Tc(H) для тонких пленок будут сравнены с экспериментальными данными [1]. Также будут изучены оптические свойства сверхпроводников и гибридов “сверхпроводник - ферромагнетик” с поверхностным спин-орбитальным взаимодействием. Предполагается выполнить расчеты поверхностного импеданса указанных структур (в т.ч. во внешнем магнитном поле и при наличии поверхностных/спонтанных токов), которые станут базовым блоком для решения электромагнитных задач рассеяния с указанными структурами. Мы ожидаем, что в сверхпроводниках с поверхностным спин-орбитальным взаимодействием, а также в гибридах "сверхпроводник - ферромагнетик" будет возможен магнито-оптический эффект Керра - вращение плоскости поляризации в отраженном свете. Вращение плоскости поляризации может оказаться важным “диагностическим инструментом” для определения параметров поверхностного спин-орбитального взаимодействия (например, этот эффект уже использовался в сверхпроводниках для выявления проникновения магнитного поля в сверхпроводник [2] и детектирования сверхпроводящего состояния с нарушенной симметрией по отношению к обращению времени [3]). Во-вторых, если величина керровского вращения окажется значительной, сверхпроводники с поверхностным спин-орбитальным взаимодействием и гибриды “ферромагнетик-сверхпроводник” могут оказаться перспективными элементами для однонаправленной оптики (non-reciprocal optical elements).
[1] Jeffrey Gardner, H., Kumar, A., Yu, L. et al. Enhancement of superconductivity by a parallel magnetic field in two-dimensional superconductors. Nature Phys 7, 895–900 (2011)
[2] Xia, J., Shelukhin, V., Karpovski, M., Kapitulnik, A., & Palevski, A. Inverse proximity effect in superconductor-ferromagnet bilayer structures. Physical review letters, 102(8), 087004 (2009)
[3] Xia, J., Maeno, Y., Beyersdorf, P. T., Fejer, M. M., & Kapitulnik, A. High resolution polar Kerr effect measurements of Sr 2 RuO 4: Evidence for broken time-reversal symmetry in the superconducting state. Physical review letters, 97(16), 167002 (2006)
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ