Подавление сверхпроводимости сильным магнитным полем в гетероструктурах PbTe/PbS cо сверхпроводящим интерфейсом

Abstract

Проведено комплексное исследование влияния сильного магнитного поля на сверхпроводимость гетероструктур PbTe/PbS с полупроводниковыми слоями разной толщины. Проводимость металлического типа и сверхпроводимость (критическая температура Тс ≤ 6,5 К) гетероструктур PbTe/PbS обусловлены инверсией зон вдоль непрерывной сетки дислокаций несоответствия, возникающей на интерфейсе между слоями полупроводников достаточной толщины (d > 80 нм). При уменьшении d непрерывность сверх-проводящего интерфейса нарушается, Тс понижается, а металлический характер проводимости переходит в полупроводниковый. Установлено, что нарушение сплошности сверхпроводящего интерфейса является необходимым условием наблюдения индуцированного магнитным полем перехода сверхпроводник–изолятор (superconductor–insulator transition — SIT) и существенно влияет на его характеристики: веерный набор резистивных кривых R(T), пересечение кривых R(B) как в перпендикулярном, так и в параллельном к интерфейсу магнитном поле, а также отрицательное магнитосопротивление. Для таких образцов скейлинговый анализ выполнен в рамках теоретической модели Фишера. В гетероструктурах с совершенным интерфейсом признаков SIT не обнаружено. Сделан предварительный вывод, что природа SIT в данном случае связана с перколяционными явлениями, присущими гранулированным сверхпроводникам.

Проведено комплексне дослідження впливу сильного магнітного поля на надпровідність гетерострук-тур PbTe/PbS з напівпровідниковими шарами різної товщини. Провідність металевого типу та надпровід-ність (критична температура Тс ≤ 6,5 К) гетероструктур PbTe/PbS обумовлені інверсією зон уздовж безперервної сітки дислокацій невідповідності, що виникає на інтерфейсі між напівпровідниковими шарами достатньої товщини (d > 80 нм). При зменшенні d безперервність надпровідного інтерфейсу порушується, Тс знижується, а металевий характер провідності змінюється на напівпровідниковий. Встановлено, що порушення суцільності надпровідного інтерфейсу є необхідною умовою спостереження індукованого магнітним полем переходу надпровідник–ізолятор (superconductor–insulator transition — SIT) та суттєво впливає на його характеристики: віяловий набір резистивних кривих R(T), перетинання кривих R(B) як у перпендикулярному, так і в паралельному до інтерфейсу магнітному полі, а також від’ємний магнітоопір. Для таких зразків виконано скейлінговий аналіз в рамках теоретичної моделі Фішера. В гетероструктурах з досконалим інтерфейсом ознак SIT не виявлено. Зроблено попередній висновок, що природа SIT у даному випадку пов’язана з перколяційними явищами, які притаманні гранульованим надпровідникам.

The influence of strong magnetic field on super-conductivity of PbTe/PbS heterostructures with differ-ent thickness of semiconductor layers has been studied comprehensively. The metal-type conductivity and superconductivity (Tc ≤ 6.5 K) of PbTe/PbS heterostruc-tures are related to the band inversion in narrow-gap semiconductors due to the elastic stress field formed by misfit dislocation networks arising at the interface between the semiconductor layers of sufficient thick-ness (d > 80 nm). If d decreases the continuity of the superconducting interface is broken, Tc decreases and the metallic type conductivity changes to a semicon-ductive type. It is found that the discontinuity of the superconducting interface is a necessary condition for the observation of the magnetic field-induced super-conductor–insulator transition (SIT) and it significant-ly affects its features (a fan-like set of curves R(T), in-tersection of curves R(B) both in perpendicular and parallel to interface magnetic fields, and negative magnetoresistance). In the framework of Fisher’s theo-retical model the scaling analysis was made for these samples. In heterostructures with the perfect interface no evidence of the SIT was observed. We suppose that this effect is connected with the percolation phenomena inherent to granular superconductors.