Магнитный эффект близости и сверхпроводящие триплетные корреляции на границе купратного сверхпроводника и оксидного спинового клапана

Abstract

Гетероструктура, состоящая из купратного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇₋δ и спинового клапана рутенат/манганит (SrRuO₃/La₀₇Sr₀₃MnO₃), была исследована методами СКВИД магнитометрии, ферромагнитного резонанса и нейтронной рефлектометрии. Показано, что из-за магнитного эффекта близости в сверхпроводящей части гетероструктуры возбуждается магнитный момент, а в спиновом клапане происходит подавление магнитного момента. Полученная из эксперимента величина характерной длины проникновения магнитного момента в сверхпроводник существенно превышает длину когерентности купратного сверхпроводника, что указывает на доминирование механизма наведенного магнитного момента атомов Cu. В мезаструктуре, изготовленной из этой гетероструктуры с добавлением ниобиевой пленки в качестве второго сверхпроводящего электрода, наблюдался сверхпроводящий ток (стационарный эффект Джозефсона) при толщинах прослойки, много больших длин когерентности ферромагнитных материалов. Максимум на зависимости плотности критического тока от толщин материалов спинового клапана соответствует длине когерентности прослоек, что согласуется с теоретическими предсказаниями для случая спин-триплетного спаривания. Сверхпроводящий ток наблюдается при магнитных полях, на два порядка превышающих значение поля, соответствующего вхождению одного кванта магнитного потока в мезаструктуру. Отношение второй гармоники ток-фазовой зависимости сверхпроводящего тока мезаструктуры к первой, определенной по зависимости ступенек Шапиро от амплитуды СВЧ воздействия, не превышало 50%.

Гетероструктуру, що складається з купратного надпровідника YBa₂Cu₃O₇₋δ та спінового клапана рутенат/манганіт (SrRuO₃/La₀₇Sr₀₃MnO₃), було досліджено методами СКВІД магнітометрії, феромагнітного резонансу та нейтронної рефлектометрії. Показано, що через магнітний ефект близькості в надпровідній частині гетероструктури збуджується магнітний момент, а в спіновому клапані відбувається пригнічення магнітного моменту. Отримана з експерименту величина характерної довжини проникнення магнітного моменту в надпровідник істотно перевищує довжину когерентності купратного надпровідника, що вказує на домінування механізму наведеного магнітного моменту атомів Cu. У мезаструктурі, яку виготовлено з цієї гетероструктури з додаванням ніобієвої плівки як другого надпровідного електрода, спостерігався надпровідний струм (стаціонарний ефект Джозефсона) при товщині прошарку, набагато більшою ніж довжини когерентності феромагнітних матеріалів. Максимум на залежності щільності критичного струму від товщини матеріалів спінового клапана відповідає довжині когерентності прошарків, що узгоджується з теоретичними пророкуваннями для випадку спін-триплетного спаровування. Надпровідний струм спостерігається при магнітних полях, які на два порядки перевищують значення поля, що відповідає входженню одного кванта магнітного потоку в мезаструктуру. Відношення другої гармоніки струм-фазової залежності надпровідного струму мезаструктури до першої, визначеної по залежності сходинок Шапіро від амплітуди НВЧ дії, не перевищувало 50%.

A heterostructure consisting of a cuprate superconductor YBa₂Cu₃O₇₋δ and a ruthenate/manganite (SrRuO₃/La₀₇Sr₀₃MnO₃) spin valve was studied using SQUID magnetometry, ferromagnetic resonance, and neutron reflectometry. It is shown that because of the magnetic proximity effect a magnetic moment is excited in the superconducting portion of the heterostructure, whereas the magnetic moment in the spin valve becomes suppressed. The experimentally obtained value of a typical penetration depth of a magnetic moment into the superconductor is significantly greater than the coherence length of the cuprate superconductor, which indicates that the induced magnetic moment mechanism of Cu atoms is dominant. The mesastructure prepared by adding niobium film as a second superconducting electrode to the existing heterostructure, exhibited a superconducting current (dc Josephson effect) at interlayer thicknesses that are much greater than the coherence length of the ferromagnetic materials. The maximum of the critical current density dependence on the thickness of the spin valve material corresponds to the interlayer coherence length, which agrees with the theoretical predictions associated with spin-triplet pairing. The superconducting current is observed at magnetic fields that are two orders of magnitude greater than the field corresponding to the occurrence of one magnetic flux quantum in the mesastructure. The ratio of the second harmonic of the current-phase dependence of the mesastructure superconducting current to the first, determined according to the dependence of the Shapiro steps on the amplitude of microwave exposure, did not exceed 50%.