Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Квантово-размерные эффекты и зарождение сверхпроводимости в гибридных структурах. - презентация

1 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Квантово-размерные эффекты и зарождение сверхпроводимости в гибридных структурах сверхпроводник – ферромагнетик Алексей Аладышкин

2 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 План Краткое введение в теорию сверхпроводимости. Фазовая диаграмма. Уравнения Гинзбурга – Ландау. Возвратная сверхпроводимость в планарных гибридных структурах «сверхпроводник-ферромагнетик» Макроскопический управляемый квантово - размерный эффект Визуализация неоднородных сверхпроводящих состояний Заключение и контрольные вопросы

3 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Введение: фазовая диаграмма сверхпроводников Критическая температура T c сверхпроводящего перехода: Δ ~ kT c Критическая плотность тока j c и критическое поле H c : Δ ~ E kin Как определить форму кривой фазового перехода T c = T c (H) в неоднородном магнитном поле При низких температурах возможно образование сверхпроводящего кон- денсата благодаря дополнительному взаимодействию электронов через колебания кристаллической решетки: Δ – энергия связи куперовской пары

4 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Введение: два класса сверхпроводников Сверхпроводники I рода – энергия N-S границы положительная, формирование сверхпроводящего состояния происходит путем фазового перехода первого рода Сверхпроводники II рода – энергия N-S границы отрицательная, формирование сверхпроводящего состояния происходит путем фазового перехода второго рода Фазовый переход «сверхпроводник II рода – нормальный металл» соответствует появлению нетривиального сверхпроводящего решения с бесконечно малой амплитудой

5 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Введение: феноменологическое описание Функционал свободной энергии Гинзбурга-Ландау Сверхпроводящий параметр порядка – комплекснозначная функция, определяющая локальную плотность «сверхпроводящих» электронов Энергия конденсации Само- воздействие Кинетическая энергия токов Энергия магнитного поля Уравнения Гинзбурга-Ландау Масштабы длины: ξ – длина когерентности, λ – глубина проникновения магнитного поля

6 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Линеаризованное уравнение ГЛУравнение Шрёдингера Введение: зарождение сверхпроводимости Пример сверхпроводящего зародыша в нормальной матрице Вывод: Сдвиг критической температуры сверхпроводящего перехода определяется уровнем основного состояния одноэлектронного уравнения Шрёдингера

7 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Введение: зарождение сверхпроводимости - общий вид решения для системы, однородной по оси х Однородное магнитное поле: Спектр Ландау:

8 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Условия реализации возвратной сверхпроводимости Зарождение сверхпроводимости в нулевом внешнем поле Зарождение сверхпроводимости вблизи поля компенсации

9 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Зарождение сверхпроводимости в периодическом поле

10 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Управляемый квантово-размерный эффект

11 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Модификация магнитного состояния ферромагнетика Model MFM images T=300K

12 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 «Классическая» сверхпроводимость «Возвратная» сверхпроводимость Особенности магнитосопротивления сверхпроводящих структур

13 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Экспериментальное определение критических параметров Критическое поле/температура определяется согласно критерию R(T c,H c )=α R max, где α=0.1, 0.5, 0.9 Пример зависимости сопротивления образца R от внешнего магнитного поля H, измеренной при постоянной температуре

14 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Контролируемое изменение T c (H) для гибридных структур Al/ CoPt

15 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Контролируемое изменение T c (H) для гибридных структур Al/ CoPt

16 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Конкуренция различных типов локализованной сверхпроводимости в мезоскопических гибридных структурах ES – прикраевая (поверхностная) сверхпроводимость DWS – сверхпроводимость на доменной стенке RDS – компенсированная сверхпроводимость над «обратными» доменами

17 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Визуализация неоднородной сверхпроводимости Источник постоянного тока Вольтметр/ Lock-in Материал: свинец Ширина мостика: 30 мкм Толщина мостика: 50 нм T c0 = 7.2 К H c2 (0) = 2200 Э x y доменные стенки V= V(x,y,H,T,I,…) Индуцированное лазерным лучом падение напряжения

18 Образовательный семинар для аспирантов и студентов, ИФМ РАН, 24 февраля 2011 Контрольные вопросы Уровни размерного квантования частицы в одномерной потенциальной яме с бесконечными стенками и в яме конечной высоты Принцип неопределенности и энергия основного состояния частицы в одномерной и двумерной потенциальных ямах Принцип расчета кривой фазового перехода S – N Методы экспериментального определения кривой фазового перехода Почему квантово-размерные эффекты в сверхпроводниках могут наблюдаться на макромасштабах?