Эффект сверхпроводящего спинового клапана и его особенности в тонкопленочных структурах сверхпроводник/ферромагнетик тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.11, кандидат физико-математических наук Лексин, Павел Владимирович

• Лексин, Павел Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Лексин, Павел Владимирович

Содержание

Введение

Глава 1. Методика и техника эксперимента

1.1. Приготовление образцов

1.2. Измерения магнитных свойств методом SQUID магнитометрии

1.3. Определение легкой оси намагничивания методом ФМР

1.4. Измерение транспортных свойств

Глава 2. Наблюдение полного переключения сверхпроводящего тока в системе сверхпроводящего спинового клапана на основе Fe/In

2.1. Экспериментальные результаты

Глава 3. Интерференционные явления в системе сверхпроводящего спинового клапана на основе Fe/In

3.1. Описание образцов

3.2. Магнитные свойства

3.3. Эффект сверхпроводящего спинового клапана

3.4. Эффект близости С/Ф

3.5. Обсуждение

Заключение

Литература

Список публикаций автора

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эффект сверхпроводящего спинового клапана и его особенности в тонкопленочных структурах сверхпроводник/ферромагнетик»

Введение

Актуальность работы. Взаимодействие двух антагонистичных порядков, сверхпроводимости и ферромагнетизма, является предметом интенсивных исследований уже в течение последних 40 лет. Антагонизм возникает вследствие того, что ферромагнетизм предполагает параллельную ориентацию спинов, а сверхпроводимость - антипараллельную. Первоначально их взаимное влияние изучалось в сплавах и интерметаллических соединениях. Эта ветвь исследований до сих пор остается актуальной в физике сверхпроводимости (см., например, [1, 2] и обзор [3]). В связи с революционным скачком в технике приготовления высококачественных тонкопленочных металлических пленок и сверхрешеток (см., например, [4]) в последнее время интерес сместился в область искусственно приготовленных многослойных гетерострук-тур (см., например, обзоры [5-13]). Это связано с тем, что в таких многослойных структурах сверхпроводимость и ферромагнетизм пространственно разнесены. При этом наблюдаемые в этих системах эффекты, связанные с взаимным влиянием сверхпроводимости и ферромагнетизма, называют эффектом близости сверхпроводник/ферромагнетик (С/Ф). Обменное взаимодействие в ферромагнетике, действующее на спины электронов проводимости, как правило, намного превышает энергию связи электронов с антипараллельными спинами в составе куперовских пар. Это ведет к сильному разрушению купе-ровских пар под воздействием обменного взаимодействия. Вследствие этого куперовские пары способны проникать из С слоя в Ф слой лишь на очень малую глубину, которая часто ассоциируется с длинной когерентности куперовских пар в Ф слое Эта величина, к примеру, для чистого железа составляет значение порядка 1 нм (см., например, [14]). Однако влияние обменного поля на куперовские пары состоит не только в этом. Под действием обменного поля куперовские пары в ферромагнетике приобретают конечный

импульс. Ввиду этого амплитуда их волновой функции в Ф слое не только экспоненциально спадает, но и пространственно осциллирует [10, 11, 15]. Так, например, в тонкопленочных гетероструктурах С/Ф, были обнаружены такие новые физические эффекты, связанные с влиянием ферромагнетизма на сверхпроводящие свойства системы, как немонотонная зависимость температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс от толщины Ф слоя (см., например, [14, 16, 17]), Джозефсоновская 7г-связь для систем С/Ф/С (см., например, [18-20] и обзор [10]).

С другой стороны, было теоретически предсказано, что и сверхпроводимость может оказывать влияние на ферромагнтиный порядок в Ф слоях. В двухслойных С/Ф слоях при определенных условиях в Ф слое под воздействием сверхпроводящего С слоя может возникнуть доменное или так называемое криптоферромагнитное состояние [8, 21, 22]. Такое магнитное упорядочение оказывает не столь сильное деструктивное влияние на сверхпроводимость, как ферромагнетизм. Это связано с тем, что доменное состояние Ф слоя, при котором направление намагниченности меняется с периодом порядка длины когерентности куперовских пар [21]. Таким образом, на куперовские пары действует усредненное значение обменного поля. Это предположение было подтверждено экспериментально в системе V/Pdi-^Fea; [23]. Другим ярким примером влияния сверхпроводимости на ферромагнетизм в тонких пленках выступает эффект спинового экранирования или обратный эффект близости. В теоретических расчетах [24, 25] было показано, что для систем С/Ф при температурах ниже Tcs в С слое вблизи границы раздела С/Ф возникает спиновая поляризация с направлением, которое противоположно направлению намагниченности Ф слоя. Это приводит к тому, что при температуре ниже Tcs сверхпроводящий слой становится ферромагнитно поляризованным. Намагниченность этого слоя антипараллельна по отношению к намагниченности Ф слоя. Физический механизм этого явления можно легко понять, исходя

из следующих соображений. Рассмотрим двухслойную систему С/Ф с толщиной слоя ферромагнетика порядка длины когерентности куперовских пар в Ф слое Обменное взаимодействие поляризует спины электронов проводимости в Ф слое преимущественно в одном направлении. Если один из электронов в куперовской паре находится в Ф слое, то его спин оказывается поляризован вдоль направления, заданного направлением намагниченности ферромагнетика. При этом, спин второго куперовского электрона, который расположен в С слое, ориентируется против данного направления, ввиду условия антипараллельности спинов электронов, связанных в куперовскую пару. Таким образом, в С слое возникает поляризация спинов электронов проводимости с направлением, противоположным намагниченности Ф слоя. Глубина проникновения спиновой поляризации в С слой определяется длиной когерентности куперовских пар в С слое £5. Экспериментальное подтверждение этого явления было получено относительно недавно в системах Рс11_а;Ге2;/У/Р(11_хГеа; и Ш/У/М [26, 27].

Благодаря интенсивным экспериментальным исследованиям, было достигнуто достаточно хорошее понимание физики процессов взаимодействия сверхпроводимости и ферромагнетизма. Для дальнейшего обсуждения необходимо привести краткое описание основ сверхпроводимости и ферромагнетизма.

Микроскопическое объяснение явления сверхпроводимости было дано в рамках теории Дж. Бардина, Л. Купера и Дж. Шриффера [28]. Эта теория основывается на ключевом понятии куперовской пары, существование которой обусловлено притяжением между двумя электронами, обладающими равными и противоположными по направлению импульсами и антипараллельными спинами. Электронами, образующие куперовскую пару, являются электроны проводимости с энергиями, близкими к уровню Ферми. Притяжение между электронами обусловлено электрон-фононным взаимодействием [29, 30], кото-

рое при определенных условиях может превысить кулоновское отталкивание между электронами и связать их в квазичастицу с нулевым спином и нулевым суммарным импульсом. Электроны в сверхпроводнике разнесены на микроспопически большое расстояние порядка сверхпроводящей длины когерентности Величина зависит от материала. Так для олова и свинца эта величина составляет £5 тысячу ангстрем, а для высокотемпературных сверхпроводников £s ~ 50 А. Если импульсы или спины куперовских электронов направить в одну сторону, это приведет к разрушению куперовской пары и, соответственно, к подавлению сверхпроводимости. Согласно теории, энергия связи электронов в куперовской паре определяется выражением А = 1.75 • квТС) где кв - постоянная Больцмана, равная 1.38 • 10~16 эрг/К, Тс - температура перехода в сверхпроводящее состояние. Например, для индия температура перехода Тс ~ 3.4 К, что соответствует энергии связи приблизительно Ю-15 эрг.

В случае ферромагнетизма ситуация обстоит противоположным образом. Металлический ферромагнетик обладает кристаллической решеткой, в узлах которой находятся ионы с локализованными магнитными моментами (со спином 5), которые сонаправлены между собой. В кристаллической решетке присутствуют также делоклализованные электроны проводимости со спинами сг. Между локализованными спинами S и спинами электронов проводимости о действует обменное взаимодействие с энергией Н = —Jsd{Scr), где J8d - интеграл обменного взаимодействия. Оно стремится сориентировать спины электронов проводимости в одном направлении, которое определяется направлением спинов локализованных ионов и знаком обменного интеграла Js¿. Таким образом, в ферромагнитных металлах происходит поляризация спинов электронов проводимости, что ведет к расщеплению зоны проводимости на две подзоны со спином вверх и спинов вниз. В случае железа, это расщепление составляет величину порядка 1 эВ или 10~12 эрг. Это эквива-

лентно действию магнитного поля величиной Нех = JSd{Sz)/д^в ~ Ю8 Э, где (Sz) - среднее значение спина Sz, д - это g-фактор электронов проводимости, Ив - магнетон Бора. Стоит отметить, что данное поле не является реально существующим внутренним магнитным полем. Это воображаемое магнитное поле, которое действует только на спины электронов проводимости, не искажая их траекторию движения. Это замечание является важным моментом в понимании физических процессов, которые будут описаны ниже.

Из приведенных выше оценок очевидно, что энергия обменного Jsd взаимодействия между локализованными ионами и электронами проводимости превосходит примерно в тысячу раз энергию связи электронов в составе купо-рвских пар . Таким образом, в веществе, где действует обменное взаимодействие Jsd и присутствуют одновременно куперовские пары, должно происходить разрушение последних. Это связано с тем, что обменное взаимодействие стремится сориентировать спины электронов проводимости в одном направлении, что противоречит условию антипараллельности спинов электронов в составе куперовских пар. Вследствие этого сверхпроводимость в таких ферромагнитных металлах как Fe, Ni, Со и др. не наблюдается. В случае интерметаллических соединений это приводит к сильному подавлению сверхпроводимости ферромагнитным порядком [3]. В этой связи, удобным объектом исследования выступают тонкие пленки и гетероструктуры, в которых сверхпроводимость и ферромагнетизм пространственно разнесены.

В тонких пленках С/Ф эффект разрушения куперовских носит тот же механизм, что и в интерметаллических соединениях и сплавах при их переходе в ферромагнитное состояние (для парамагнитного состояния см. [31]). Отличие заключается в том, что ку перовские пары формируются в сверхпроводящем слое С и при определенных услових проникают в слой ферромагнетика Ф. Рассмотрим двухслойную структуру С/Ф в куперовском пределе, т. е. ситуацию, когда толщины слоев сверхпроводника ds и ферромагнетика

с1р меньше, чем соответсвующие длины когерентностей £5 и Это условие означает, что толщины обоих слоев задействованы в рассматриваемом процессе. Пусть граница раздела С/Ф обладает абсолютной прозрачностью для куперовских пар. Это условие позволяет записать выражение для эффективного обменного поля, усредненного по всему образцу при <1р « с1з:

ех ~ ё3 + <1Р ~ ех<1з [ )

Используя это уравнение, можно оценить толщину ферромагнитного слоя, при которой сверхпроводимость в образце будет полностью подавлена. На спины электронов в составе купровских пар действует эффективное обменное поле ЩН, в котором они приобретают зеемановскую энергию дцвЩ^ ■ Сверхпроводимость будет подавлена в том случае, когда эта энергия достигнет энергии связи в куперовских парах А:

А = д^вНЦ/ = д»вНех^ (2)

Например, рассмотрим случай, когда в качестве слоя ферромагнетика выступает железо Ее, а в качестве сверхпроводника ниобий или свинец. Для Ее величина д^вНех ~ Ю-12 эрг. Температура перехода в сверхпроводящее состояние для ниобия или свинца Тс ~ 10 К, что соответсвует А ~ 2 • 10""15 эрг. Из этого следует, что при толщине слоя железа ¿р ~ 2 • 10~3 -¿5 сверхпроводимость в такой системе будет полностью подавлена. Такая оценка показывает, что одного монослоя железа достаточно, чтобы подавить сверхпроводимость в слое ниобия или свинца толщиной 700 А. В действительности такого сильного подавления в подобных системах не наблюдается по следующим причинам.

С чем это связано? Во-первых, для некоторых мультислойных систем, в частности, для системы Ее/КЬ [32], на границе раздела между слоями Ее и 1% образуется промежуточный слой ввиду взаимной диффузии металлов. Таким образом, слой сверхпроводника не имеет прямого контакта с ферромагнети-

ком. Во-вторых, граница раздела С/Ф всегда обладает конечной квантово-механической прозрачностью для электронов проводимости. Это связано с тем, что электроны в составе куперовских пар, проникая в Ф слой, получают дополнительную энергию, связанную с расщеплением зоны проводимости в слое ферромагнетика Ф на две подзоны по спину. Этот случай эквивалентен классической задаче квантовой механики об отражении частицы от границы раздела двух сред с различными фермиевскими волновыми векторами [33]. И, наконец, в-третьих, зачастую отсутствует гибридизация зон проводимости Ф и С металлов, как, например, в системе Ре/РЬ [14]. Это означает, что уровни энергии зон проводимости этих металлов сильно отличаются между собой.

Исследования тонко пленочных гетероструктур С/Ф выявили еще одну интересную особенность эффекта близости сверхпроводник/ферромагнетик. Она заключается в осцилляционной зависимости температуры перехода в сверхпроводящее состояние с изменением толщины ферромагнитого слоя при фиксированной толщине слоя сверхпроводника. Выделяют следующие физические механизмы осцилляции Тс. Первый механизм связан с формированием на границе раздела С/Ф промежуточного диффузного слоя, свойства которого меняются с изменением толщины Ф слоя. Это ведет к немонотонной зависимости Тс от толщины Ф слоя [32, 34]. В приведенных работах были проведены подробные исследования трехслойной системы Ре/ЫЬ/Ре. Образцы были приготовлены методом радиочастотного распыления. В рассматриваемом случае наблюдалось немонотонное поведение Тс от толщины железа с1ре при различных неизменных толщинах ниобия (¿лг& (см- Рис- 1(а)). В результате детального анализа магнитных и сверхпроводящих свойств исследуемых образцов авторы пришли к выводу, что немонотонное поведение Тс невозможно объяснить реализацией 7г-связи, поскольку структура образцов предполагает использование лишь одного С слоя. С другой стороны, изме-

рения намагниченности для данных образцов (см. рис. 1(6)) показали, что на границе раздела ИЬ/Ре имеется "мертвый" в магнитном отношении слой железа с толщиной порядка 7 А. Подобный эффект наблюдался ранее и был описан в работе [35] по изучению сврехрешеток 1МЬ/Ре, приготовленных методом магнетронного напыления. В результате этих исследований было установлено, что на границах Ре/№> из-за взаимной диффузии образуется немагнитный несверхпроводящий слой Ре-]МЬ. Основное влияние на сверхпроводимость слоя МЬ оказывает именно этот промежуточный слой, в котором ионы железа находятся в немагнитном состоянии с сильными спиновыми флуктуа-циями вблизи перехода в магнитное состояние. С увеличением толщины слоя железа обменное поле, влияющие на промежуточный слой Ре-ИЬ, переводит ионы железа в ферромагнитное состояние. Это состояние подавляет сверхпроводимость слабее, чем состояние с развитыми спиновыми флуктуациями. Наличие промежуточного немагнитного и несверхпроводящего слоя на границе раздела С/Ф усложняет ситуацию и препятствует изучению эффекта близости С/Ф, описываемого в теоретических моделях.

Второй причиной выступает так называемая тг-связь в С/Ф/С структурах. Амплитуда волновой функции куперовских пар осциллирует в промежуточном Ф слое. Вследствие этого при определенной толщине ферромагнетика на границе раздела С/Ф и Ф/С волновая функиция куперовских пар может иметь разность фаз, равную 7г [18, 36-38]. Расчеты, приведенные в статье [36], показали, что в системах с 7г-связью температура перехода в сверхпроводящее состояние Тс может оказаться выше, чем в системе с нулевой разницей фаз (см. рис. 2). Третьей причиной осцилляции Тс является аналог состояния Ларкина-Овчинникова-Фульде-Феррелла (ЛОФФ) [39, 40]. Данная теоретическая модель был разработана для сверхпроводящих сред, в пределах которых действует обменное взаимодействие, и предсказывала возможность возникновения в таких среда неоднородного сверхпроводящего состояния. Поэто-

<2Л

. * А.''А *

\

ёМ)=400А *

(а)

Рис. 1. (а) Зависимость температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс от толщины слоя железа йре в системе Ее/1ЧЬ/Ре. Измерения Тс проводились по изменению восприимчивости (открытые символы) и по сопротивлению (заполненные символы). Толщина слоя ниобия для всех образцов й^ь — 400 А. Вид символа соответствует серии исследованных образцов, (б) Намагниченность насыщения от измеренная при 10 К для образцов с

постоянной толщиной слоя ниобия. Данные результаты взяты из работ [32, 34]

му, строго говоря, для многослойных систем, в которых сверхпроводимость и ферромагнетизм пространственно разнесены, данный механизм более корректно называть "квазиодномерным состоянием типа ЛОФФ". В этом случае он приводит к пространственным осцилляциям амплитуды парной волновой функции в Ф слое. К числу работ, в которых было экспериментально обнаружено данное состояние, относится, например, работа Лазар и др. [14] (см. рис. 3).

Возникновение квазиодномерного состояние типа ЛОФФ в сверхрешетках С/Ф, которое ведет к осцилляциям Тс, было впервые теоретически предсказано Буздиным и др. в работах [36, 42].Однако, теория для двухслойных систем С/Ф, в которых осцилляции Тс не имеют отношение к установлению 7г-связи, была разработана Ю. Н. Прошиным и М. Г. Хусаиновым в работах [43-45], а также независимо от них Л. Р. Тагировым [14, 41]. Наиболее качественное описание физики этого явления было предложено Демлером и др. [15]. Для определенности, расмотрим двухслойную систему С/Ф (см. рис. 4). В слое ферромагнетика зона проводимости расщеплена на две подзоны со спином по направлению, заданному обменным взаимодействием, и со спином против него. Предположим, что через границу раздела С/Ф, не разрушаясь, проходит куперовская пара. В ее состав входят два электрона с антипараллельными спинами и равными по абсолютной величине, но противоположно направленными импульсами къ и к\. Один из ее электронов со спином вдоль выделенного обменным взаимодействие направления понижает свою потенциальную энергию, а другой - увеличивает, ввиду антипараллельности спинов куперовских электронов. При этом, для выполнения закона сохранения энергии, первый электрон должен увеличить свою кинетическую энергию, а второй - уменьшить ее. Это означает, что импульсы куперовских электронов становятся не равны между собой по абсолютной величине ф Для двух возможных куперовских пар, изображенных на рис. 4, волновые

0.6

0.5

0Л 0.3

0.2

0.5 12 3 4 5

Рис. 2. Зависимости нормированной температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс/Тсз для сверхрешетки С/Ф от толщины ферромагнетных слоев йм-, нормированного на длину когерентности в Ф слое [36]. Штрих-пунктирная и штриховая линии относятся к состояниям, в которых разность фаз между волновыми функциями в С слоях равны 0 и 7г, соответственно. Температура перехода в сверхпроводящее состояние для системы определяется максимальным значением Тс/Тсз этих компонент при данной йм/^м- Сплошная линия, расположенная в диапазоне 0.9<йлг/£м<1> соответствует основному состоянию с фазой 0 < <р < 7г. На вставке представлена зависимость фазы <р от нормированной толщины слоев ферромагнетика, ймЦм-

1-гул—г

\

\ \

\ / V /

V/

А

/ \

/ \

/ \ ! \

\

\

0.8

\

ч

/

С »10

=2.2 8 0/1^=200

\ /

\ / ч ./

I..... ( I_I_I_I-

Рис. 3. Зависимость температуры перехода в сверхпроводящее состояние для системы Ре/РЬ/Ре от толщины слоев железа. Штриховая и сплошная линии соответствуют теоретическим расчетам с использованием разных моделей, описанным в работах [36] и [41].

функции

^ ^ е+г(к2-к1)х __ е+гАкрх |

} ^ - соБ{АкЕх). (3)

^ е-г{к2-кх)х _ е~гАкЕх I

Это приводит к тому, что амплитуда парной волновой функции в ферромагнетике будет не только затухать на глубине проникновения, но и осциллировать. В теоретических работах [36, 41, 44, 46] было показано, что осцилляции амплитуды парной волновой функции в Ф слое могут вести к немонотонной зависимости температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс при изменении толщины Ф слоя (¿р. Если толщина слоя (1р сопоставима с глубиной проникновения куперовских пар в ферромагнетик, то, наряду с проникающей из С слоя в Ф слой парной волновой функцией, возникает волновая функция, отраженная от границы раздела ферромагнетик/вакуум. Результирующее значение амплитуды парной волоновой функции на границе С/Ф определяется характером их интерференции (конструктивной или деструктивной). Таким образом, при изменении толщины слоя ферромагнетика <1р амплитуда волновой функции в С слоя в области границы С/Ф может быть сильно или слабо подавлена, что ведет, соответственно, к минимуму или максимуму температуры перехода в сверхпроводяещее состояние Тс. Более подробное описание этого явления дано в Главе 3 данной работы, поскольку эта тематика имеет непосредственное отношение к результатам, описанным в рамках данной работы.

На основе физики эффекта разрушения куперовских пар в С/Ф системах в 1997 году группой профессора М. И. Веаз1еу [47] была предложена теоретическая модель системы, в которой подавление сверхпроводимости могло бы осуществляться контролируемым путем. Эта конструкция была названа впоследствии сверхпроводящим спиновым клапаном. Авторы качественно показали, что в системе Ф1/Ф2/С температура перехода в сверхпроводящее

\ft к Q> Ль - iE / С 1 Еех 1 iE j

к, к -kj k2 £

с Ф \ ^ ...V S® Eex 1 1

-к, к2 к ki k2 k

Рис. 4. Схематическое изображение зон проводимости бислоя С/Ф в модели свободных электронов Е(к) ~ |fc|2. Ввиду спинового расщепления зон проводимости в Ф слое купров-ские пары, состоящие из электронов с импульсами l^ifei обладают суммарным импульсом AkF =k> - h ф О

состояние Тс при определенных параметрах системы зависит от взаимной ориентации намагниченностей Ф1 и Ф2 слоев. Причем ее значение для параллельной ориентации намагниченностей (Р) Тр оказывается выше, чем для антипараллельной ориентации (АР) ТСАР. Физический механизм этого эффекта основывается на эффекте близости и состоит в том, что среднее значение обменного поля, действующего на куперовксие пары в ферромагнитной части системы, меньше для АР ориентации, чем для Р ориентации. Исторически, первая экспериментальная работа, посвященная реализации переключающего устройства на основе тонкопленочной системы,состоящей из С и Ф слоев, была опубликована в 1969 году Deutscher и Meunier [48]. В рамках этой работы исследовалась система FeNi/In/Fe. Было установлено, что разность в Тс между АР и Р ориентациями намагниченностей ДТС = ТАР — Тр составляют значение порядка 200 мК. Причина такого большого эффекта до сих пор не ясна. Позднее в 1996 году Clinton и Johnson [49] предложили сверхпроводящий клапан, в котором подавление сверхпроводимости осуществляется благодаря дипольным магнитным полям, формируемым на краях ферромагнитных пленок. Величина этих краевых реальных, а не обменных, магнитных полей может контролироваться путем изменения ориентации намагниченности Ф слоя, который отделен от сверхпроводника слоем изолятора. Однако данное устройство, как и система в описанной выше в экспериментальной работе [48], не имеет отношения к эффекту близости С/Ф, поскольку прямой электрический контакт сверхпроводник-ферромагнетик отсутствовал. Второй вариант модели сверхпроводящего спинового клапана был предложен в 1999 г. Таги-ровым и [50] и Буздиным и др. [51, 52]. Он несколько отличается от прежней конструкции [47], и предполагает трехслойную систему Ф/С/Ф. Было опубликовано несколько экспериментальных работ (см., например, [53-57]), в которых наблюдался эффект спинового клапана для систем Ф/С/Ф. Однако величина эффекта АТс — Т(АР — Тр во всех экспериментальных работах бы-

л а меньше ширины перехода в сверхпроводящее состояние 5ТС. Ввиду этого полное переключение между сверхпроводящим и нормальным состояниями достигнуто так и не было. Таким образом, интерес к данной области физики вызван не только фундаментальным значением исследований, но и возможным практическим применением для нужд спинтроники. Все это подчеркивает актуальность исследований в этом направлении. Относительно недавно в работах [58] и [59] были получены данные, позволяющие утверждать, что конструкция Ф1/Ф2/С является более перспективной. Образцы представляли собой многослойную структуру из пленки ванадия V, находящегося в контакте со сверхрешеткой [Fe2Vn]2o с антиферромагнитно спаренными слоями железа. Здесь последовательность, состоящая из двух атомных слоев железа и одиннадцати атомных слоев ванадия, повторенная двадцать раз, находится в контакте с достаточно толстым слоем ванадия, способным переходить в сверхпроводящее состояние. Выбор сверхрешетки [Fe2Vn]2o в качестве магнитной части образцов был обусловлен рядом технических преимуществ по сравнению с классической трехслойной схемой Ф/Н/Ф. Одним из которых выступает четкая высококачественная граница раздела Fe/V и, соответственно, отсутствие диффузного слоя на границах слоев. При этом ее недостатком выступает высокое значение магнитного поля Hsat = 6 кЭ, которое необходимо, чтобы в сверхрешетке перевести намагниченности слоев железа в параллельную ориентацию. В данном устройстве невозможно осуществить мгновенное переключение намагниченностей между АР и Р ориентациями, поскольку переход между ними происходит плавно. Тем не менее, анализ температурной зависимости критического поля для данной системы показал, что потенциально величина эффекта сверхпроводящего спинового клапана может достигать значения 200 мК, при ширине перехода 100 мК.

Исходя из сравнения данных, полученных для обеих предложенных конструкций [47, 50], основным объектом исследования в рамках данной работы

была выбрана конструкция клапана Ф1/Ф2/С [47], поскольку она представлялась наиболее перспективной для экспериментальной реализации сверхпроводящего спинового клапана.

Цель диссертационной работы заключалась в экспериментальной реализации полного эффекта сверхпроводящего спинового клапана и исследовании его особенностей в зависимости от параметров конструкции.

Выбор объекта исследований

В соответствие с поставленной задачей мы решили остановить свой выбор объекта исследования на схеме Ф1/Ф2/С. В качестве слоев сверхпроводника и ферромагнетиков использовались индий In и железо Fe, соответственно. Такой выбор обусловлен следующими обстоятельствами. Как уже упоминалось во Введение к данной работе, важную роль в эффекте близости играет качество границы раздела С/Ф. А именно, низкая шероховатость и отсутсвие диффузного и интерметаллического слоев, образованных веществами соответствующих пленок. К таким сочетаниям металлов относятся Fe/Pb и Fe/In. Для определенности, мы решили остановить свой выбор на In, поскольку тонкие пленки данного металла более стабильны и способны сохранять свои свойства в течение длительного времени в условиях атмосферного кислорода и паров воды. При этом им не требуется дополнительный защитный слой, использование которого может оказать влияние на сверхпроводящие параметры пленки. Выбор магнитной части системы Fel/Cu/Fe2 является стандартным решением подобных задач. С другой стороны, для захвата намагниченности слоя Fei в заданном направлении, т. е. для формирования обменного смещения (exchange bias) (см., например, [60, 61]) петли магнитого гистерезиса этого слоя, мы использовали СоОх с температурой Нееля Тдг близкой к комнатной температуре. Это явление широко используется в стандартных спиновых клапанах и элементах оперативной памяти (см., например, [62, 63]). Использование оксида кобальта в качестве антиферромагнитного слоя обла-

дает рядом преимуществ, таких как простая кристаллическая структура и сильная магнитная анизотропия, обеспечивающая высокое значение обменного смещения ([64-68]). Более подробное описание условий приготовления образцов дано в Главе 1 данной работы. Таким образом, образцы сверхпроводящего спинового клапана имели структуру подложка/СоОж/Ке1/Си/Ре2/1п, которая схематически представлена на рис. 5.

Выбор последовательности нанесения слоев был сделан ввиду следующих причин. Во-первых, промежуточный слой железа должен обладать толщиной порядка единиц нанометров ввиду принципа работы сверхпроводящего спинового клапана Ф1/Ф2/С. При этом, величина эффекта сверхпроводящего спинового клапана зависит от соотношения толщины слоя сверхпроводника ds и длины когерентности в С слое. Таким образом, для наблюдения максимального эффекта djn должна быть порядка Для чистого индия эта величина составляет величину порядка нескольких сотен нанометров. Слой индия такой толщины может обладать шероховатостью в несколько единиц нанометров. Таким образом, нецелесообразно наносить слой In на подложку в первую очередь, поскольку это не позволит сформировать однородный слой Fe2 требуемой толщины. Во-вторых, такая последовательность слоев более выгодна. Известно, что для приготовления качественных слоев в процессе роста функциональную часть гетероструктур выращивают на базовом, предварительно напыленном слое, который часто встречается в английском варианте как "seed layer". При данной последовательности слоев эту роль естественным образом играет оксид кобальта. В-третьих, технология приготовления оксида кобальта связана с использованием плазменного оксиления в кислородной среде (см. Главу 1). В случае обратной последовательности слоев этот процесс сложно осуществить без окисления остальных слоев.

В соответствие с поставленной целью надо было решить следующие задачи:

Ре

СоО,

Рис. 5. Схематическое изображение образцов сверхпроводящего спинового клапана

1. Разработать технологию приготовления тонко пленочных гетерострук-тур СоОж/Ре1/Си/Ре2/1п с контролируемыми и воспроизводимыми свойствами.

2. Используя схему образцов Ф1/Ф2/С, создать оптимальный вариант сверхпроводящего спинового клапана, в котором возможно полное переключение между нормальным и сверхпроводящим состоянием.

3. Исследовать особенности эффекта сверхпроводящего спинового клапана при вариации толщин сверхпроводящего С слоя и промежуточного слоя ферромагнетика Ф2.

4. Установить механизмы, определяющие эффект спинового клапана для сверхпроводящего тока, и провести теоретический анализ полученных результатов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые получено полное переключение между сверхпроводящим и нормальным состояниями в системе сверхпроводящего спинового клапана модели Ф1/Ф2/С [47]. Экспериментальная реализация данного эффекта выполнена для тонкопленочной гетероструктуры СоОх/¥е1/См/¥е2/\п.

2. Впервые обнаружена осцилляционная зависимость с переменой знака величины эффекта сверхпроводящего спинового клапана от толщины ферромагнитного слоя Ре2 при фиксированных толщинах остальных слоев в составе исследуемых систем.

3. Обнаружена немонотонная зависимость температуры сверхпроводящего перехода Тс от толщины ферромагнитного слоя Ре2 при фиксированных толщинах остальных слоев в составе исследуемых систем.

4. На основе анализа экспериментальных данных с использованием современных теорий эффекта близости установлено, что наиболее вероятным

физическим механизмом осцилляционных зависимостей является квантовая интерференция парных волновых функций на границе раздела Ф2/С.

Научная и практическая значимость:

1. Экспериментально показано, что эффект близости С/Ф в системе СоОж/Ге1/Си/Ре2/1п позволяет осуществлять полное контролируемое переключение сверхпроводящего тока.

2. Теоретическая интерпретация экспериментальных результатов позволила установить роль механизма квантовой интерференции парных волновых функций в исследуемой системе.

3. Полученные результаты могут лечь в основу конструирования сверхпроводящего спинового клапана с более высокими сверхпроводящими параметрами, а также могут служить новой ступенью в понимании физики взаимного влияния сверхпроводимости и ферромагнетизма.

Достоверность результатов работы определяется комплексным характером выполненных экспериментальных исследований, использованием современного оборудования для регистрации толщин, магнитных и транспортных свойств образцов, а также использованием оптимальной методики изготовления гетероетруктур, воспроизводимостью экспериментальных результатов и анализом полученных данных на основании современных теоретических моделей.

На защиту выносятся следующие результаты и положения:

1. Экспериментальная реализация полного эффекта сверхпроводящего спинового клапана модели Ф1/Ф2/С [47] в тонкопленочной системе СоОж/Ре1/Си/Ре2/1п.

2. Обнаружение знакопеременной осцилляционной зависимости величины эффекта сверхпроводящего спинового клапана и осцилляционной зави-

симости температуры перехода в сверхпроводящее состояние от толщины слоя ферромагнетика Fe2.

3. Теоретическая интерпретация экспериментальных результатов на основе явления квантовой интерференции парных волновых функций.

Личный вклад автора: Подбор оптимальных режимов приготовления образцов и их первичная характеризация; проведение ФМР измерений для установления легкой оси намагничивания; исследование магнитных свойств образцов при помощи метода SQUID магнитометрии; исследование сверхпроводящих свойств образцов при помощи четырехконтактного метода; обработка, анализ и интерпретация экспериментальных данных на основе современных теоретических моделей; участие в написании, оформлении и подготовке статей в печать.

Апробация работы Основные результаты данной работы были представлены на следующих научных конференция: II International Conference for Young Scientists "Low Temperature Physics" (Kharkiv, 2011) (Отмечена в качестве лучшей в секции "Superconductivity"), The International Conference "Spin Physics, Spin Chemistry and Spin Technology" (Kazan, 2011). Данная работа также была представлена в Форуме-олимпиаде по нанотехнологиям: "V Всероссийский Интеллектуальный Форум-олимпиада по нанотехнологиям" (Москва, 2011) и была признана одной из лучших работ.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 3 статьях, а также в материалах и тезисах вышеперечисленных конференций.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка авторской литературы и списка цитируемой литературы, содержащего 106 наименований. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, включая 28 рисунков и 4 таблицы.

Во введении дан краткий обзор современного состояния проблемы, обозначена актуальность работы, изложена научная и практическая значимость, сформулированы цели и задачи исследований, а также выбран объект исследований.

В первой главе описана методика эксперимента и аппаратура, которая использовалась в работе для приготовления образцов и измерения их параметров. Начало главы посвящено описанию установки молекулярно-лучевого эпитаксии, которая использовалась для приготовления тонкопленочных образцов. Приводятся результаты по оптимизации режимов напыления материалов. Описывается метод SQUID-магнитометрии и соответсвующей установки 7Т VSM SQUID фирмы Quantum design, которая применялась для исследования магнитных свойств образцов. Приведены экспериментальные результаты по изучения эффекта обменного смещения петель магнитного гистерезиса в технических образцах. Излагается метод ферромагнитного резонанса, который применялся для установления осей легкого намагничивания слоев железа, входящих в структуру образцов. В конце главы приводится описание установки для исследования транспортных свойств, а также излагается метод расчета сверхпроводящей длины когерентности и длины свобоного пробега по величине остаточного сопротивлению RRR. Вторая глава посвящена результатам наблюдения полного включения и выключения сверхпроводимости для образцов сверхпроводящего спинового клапана конструкции Ф1/Ф2/С, модель которого была теоретически разработана в 1997 в работе [47]. Полное переключение было достигнуто для системы CoOx/Fel/Cu/Fe2/In. Подробно изложена методика переключения взаимной ориентации намагниченностей слоев Fei и Fe2. Определены основные сверхпроводящие параметры системы. Проведен сравнительный анализ данных между образцом сверхпроводящего спинового клапана CoOj;/Fcl/Cu/Fe2/'In, образцом одиночной пленки индия In и опорным образцом Cu/Fe2/In, в котором присутствует только один слой

железа Fe2. В качестве основного результата приведены данные о включении и выключении сверхпроводящего тока в системе CoOa;/Fel/Cu/Fe2/In путем изменения взаимной ориентации намагниченностей слоев Fei и Fe2.

В третьей главе изложены основные результаты по исследованию структурных, магнитных и транспортных свойств систем сверхпроводящего спинового клапана CoOa;/Fel/Cu/Fe2/In с варьирумыми толщинами слоев ферромагнетика Fe2 и сверхпроводника In. Основная задача исследований, описанных в данной главе, заключается в изучении особенностей поведения величины эффекта сверхпроводящего спинового клапана АТс от толщины ферромагнтиного слоя Fe2 dpe2- Установлена взаимосвязь между магнитным состоянием и параметрами сверхпроводящих переходов системы, измеренных по сопротивлению. Для ряда образцов из данной серии с толщиной dpe2 < 2 нм удалось реализовать переключение сверхпроводящего тока путем манипуляции намагниченностей слоев Fei и Fe2. Обнаружена осцилляционная знакопеременная зависимость величины эффекта АТс от dpe2- При проведении дальнейших исследований было установлено, что в данной серии образцов зависимость самой температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс от толщины dpe2 тоже обладает осцилляционным характером. Проведен теоретический анализ осцилляционных зависимостей, в результате которого было установлено, что наиболее вероятным физическим механизмом наблюдаемых явлений выступает квантовая интерференция парных волновых функци на границе раздела Ф2/С. Глава также содержит описание двух теоретических моделей [41, 69] и их модификации, которые использовались для анализа экспериментальных данных.

В Заключении сформулированы выводы и перечислены основные результаты исследований.

Заключение диссертации по теме «Физика магнитных явлений», Лексин, Павел Владимирович

Выводы

Проведены исследования физических свойств серии образцов сверхпроводящего спинового клапана СоОа;/Ее1/Си/Ее2/1п с варьируемой толщиной слоя Ее2 с1ре2- Обнаружено, что величина эффекта сверхпроводящего спинового клапана АТС осциллирует с переменой знака при изменении ¿ре2- Это явление наблюдается впервые. Для ряда образцов удалось получить полное переключение между сверхпроводящим и резистивным состояниями благодаря "обратному" эффекту сверхпроводящего спинового клапана. Была также исследована зависимость температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс(с£ре2), которая также носила осциллирующий характер. Обе экспериментальные зависимости удалось описать двумя отличающимися друг от друга теоретическими моделями, основанными на эффекте близости С/Ф. Два набора параметров, полученных в результате анализа АТс{йре2) и Тс{в,ре2), оказались очень близки друг другу. Это свидетельствует в пользу того, что механизмом наблюдаемых явлений выступает эффект близости С/Ф. А именно, осцилляции зависимостей ДТс(с^е2) и Тс{<1ре2) вызваны квантовой интерференцией парных волновых функций, отраженных от обеих границ слоя Ре2.

Заключение

В настоящей работе проведено детальное исследование эффекта сверхпроводящего спинового клапана и эффекта близости в системе СоОж/Ре/Си/Ре/1п. Основные результаты можно сформулировать следующим образом:

1. Впервые экспериментально реализован сверхпроводящий спиновый клапан, модель которого была в работе [47] Ф1/Ф2/С. В тонкопленочной системе СоОж/Ре1/Си/Ре2/1п получено полное переключение между сверхпроводящим и нормальным состояниями путем изменения взаимной ориентации намагниченностей слоев Ф1 и Ф2.

2. Проведены исследования особенностей поведения величины эффекта сверхпроводящего спинового клапана АТс = Тслр — Тср и температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс при изменении толщины слоя 1п и Ре2. В результате была получена знакопеременная осцилляционная зависимость величины эффекта АТс от толщины слоя ферромагнетика Ре2. Это явление наблюдается впервые. Также обнаружена осцилляционная зависимость Тс(йре2).

3. Теоретическая интерпретация зависимостей АТс(^ре2), а также анализ магнитных и транспортных свойств, показали, что наиболее вероятным физическим механизмом выступает квантовая интерференция парных волновых функций на границе раздела Ф2/С.

Результаты данных исследований могут быть полезными в дальнейшем при конструировании сверхпроводящего спинового клапана с более высокими сверхпроводящими параметрами. Исследования эффекта близости в системе Ф1/Ф2/С, проведенные в рамках данной работы, могут послужить новой ступенью в понимании механизмов взаимовлияния сверхпроводимости и ферромагнетизма.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Лексин, Павел Владимирович, 2012 год

Литература

1. Fischer, О. Magnetism: Magnetic Properties of Metallic Alloys. Recent Work on Ferromagnetic Superconductors / O. Fischer, M. Peter.

2. Rehmann, S. Interplay of nuclear magnetism and superconductivity in Auln2 / S. Rehmann, T. Herrmannsdorfer // Phys. Rev. Lett. — 1997. — Vol. 78, № 6.-P. 1122-1125.

3. Coexistence of superconductivity and magnetism. Theoretical predictions and experomental results / L. N. Bulaevskii, A. I. Buzdin, M. L. Kulic, S. V. Panjukov // Adv. Phys. - 1985. - Vol. 34, № 2,- P. 175-261.

4. Jin, B. Y. Artificial metallic superlattices / B. Y. Jin, J. B. Ketterson // Adv. Phys. - 1989. - Vol. 38, № 4. - P. 189-366.

5. Proximity and coupling effects in superconducting/magnetic multilayers (invited) / C. L. Chien, J. S. Jiang, J. Q. Xiao et al. //J. Appl. Phys. - 1997. -Vol. 81, №8.-P. 5358-5363.

6. Chien, C. L. Proximity and coupling effects in superconducting/magnetic multilayers (invited) / C. L. Chien, D. H. Reich // J. Mag. Mag. Mat.— 1999. - Vol. 200. - P. 83-94.

7. Garifullin, I. A. Proximity effects in ferromagnet/superconductor het-erostructures / I. A. Garifullin // J. Mag. Mag. Mat. — 2002. — Vol. 240,— P. 571-576.

8. Ю. А. Изюм OB. Конкуренция сверхпроводимости и магнетизма в гетеро-структурах ферромагнетик/сверхпроводник / Ю. А. Изюмов, Ю. Н. Прошин, М. Г. Хусаинов // УФН. - 2002. - Т. 172, № 2,- С. 113-154.

9. Golubov, A. A. The current-phase relation in Josephson junctions / A. A. Golubov, M. Y. Kupriyanov, E. Il'ichev // Rev. Mod. Phys. — 2004. — Vol. 76, № 2,- P. 411.

10. Buzdin, A. I. Proximity effects in superconductor-ferromagnet heterostruc-tures / A. I. Buzdin // Rev. Mod. Phys.- 2005,- Vol. 77, № 3.-P. 935-976.

11. Bergeret, F. S. Odd triplet superconductivity and related phenomena in superconductor-ferromagnet structures / F. S. Bergeret, A. F. Volkov, K. B. Efetov // Rev. Mod. Phys. - 2005. - Vol. 77, № 4. - P. 1321.

12. Magnetic Heterostructures. Advances and Perspectives in Spinstructures and Spintransport / K. B. Efetov, I. A. Garifullin, A. F. Volkov, K. Westerholt; Ed. by H. Zabel, S. D. Bader. - Springer Berlin Heidelberg, 2007. - Vol. 227 of Springer Tracts in Modern Physics. — P. 252.

13. Eschrig, M. Spin-polarized supercurrents for spintronics: A marriage between superconductivity and ferromagnetism is opening the door for new spin-based applications / M. Eschrig // Physics Today. — 2011. — Vol. 64. — P. 43.

14. Superconductor/ferromagnet proximity effect in Fe/Pb/Fe trilayers / L. Lazar, K. Westerholt, H. Zabel et al. // Phys. Rev. B. — 2000. - Vol. 61, № 5,- P. 3711-3722.

15. Demler, E. A. Superconducting proximity effects in magnetic metals / E. A. Demler, G. B. Arnold, M. R. Beasley // Phys. Rev. 1997. — Vol. 55, № 22. - P. R15174-R15182.

16. Enhancement of superconductivity by decreased magnetic spin-flip scat-

tering: Nonmonotonic Tc dependence with enhanced magnetic ordering / M. Vêlez, M. С. Cyrille, S. Kim et al. // Phys. Rev. В. - № 22.

17. Oscillation phenomenon of transition temperatures in Nb/Co and V/Co su-perconductor/ferromagnet multilayers / Y. Obi, M. Ikebe, T. Kubo, H. Fujimori // Physica C. - 1999,- Vol. 317-318. - P. 149-153.

18. Coupling of two superconductors through a ferromagnet: Evidence for а 7Г junction / V. V. Ryazanov, V. A. Oboznov, A. Y. Rusanov et al. // Phys. Rev. Lett. - 2001. - Vol. 86, № 11. - P. 2427-2430.

19. Josephson junction through a thin ferromagnetic layer: Negative coupling / T. Kontos, M. Aprili, J. Lesueur et al. // Phys. Rev. Lett. — 2002. — Vol. 89, № 13. - P. 137007.

20. Superconductor—Ferromagnet—Superconductor ^-junctions / V. V. Ryazanov, V. A. Oboznov, A. S. Prokofiev et al. // J. Low Temp. Phys. - 2004. - Vol. 136, № 5-6. - P. 385-400.

21. А.И. Буздин. Ферромагнитная пленка на поверхности сверхпроводника: возможность возникновения неоднородного магнитного упорядочения / А.И. Буздин, Л. Н. Булаевкий // ЖЭТФ. - 1988. - Т. 94, № 3. -

C. 256-261.

22. Bergeret, F. S. Nonhomogeneous magnetic order in superconductor-ferro-magnet multilayers / F. S. Bergeret, K. B. Efetov, A. I. Larkin // Phys. Rev. B. - 2000. - Vol. 62. - P. 11872-11878.

23. Possible reconstruction of the ferromagnetic state under the influence of superconductivity in epitaxial V/Pdi^Fe^ bilayers / I. A. Garifullin,

D. A. Tikhonov, N. N. Garif'yanov et al. // Appl. Magn. Res. - 2002,-Vol. 22. - P. 439.

24. Bergeret, F. S. Induced ferromagnetism due to superconductivity in super-conductor-ferromagnet structures / F. S. Bergeret, A. F. Volkov, К. B. Efe-tov // Phys. Rev. В. - 2004. - Vol. 69. - P. 174504.

25. Kharitonov, M. Y. Oscillations of induced magnetization in superconductor-ferromagnet heterostructures / M. Y. Kharitonov, A. F. Volkov, К. B. Efe-tov // Phys. Rev. B. - 2006. - Vol. 73. - P. 054511.

26. Experimental Observation of the Spin Screening Effect in Superconduc-tor/Ferromagnet Thin Film Heterostructures / R. I. Salikhov, I. A. Gar-ifullin, N. N. Garif'yanov et al. // Phys. Rev. Lett.- 2009,- Vol. 102, № 8. - P. 087003.

27. Spin screening effect in superconductor/ferromagnet thin film heterostructures studied using nuclear magnetic resonance / R. I. Salikhov, N. N. Garif'yanov, I. A. Garifullin et al. // Phys. Rev. B. - 2009. - Vol. 80, № 21,- P. 214523.

28. Bardeen, J. Theory of superconductivity / J. Bardeen, L. N. Cooper, J. R. Schrieffer // Phys. Rev. - 1957. - Vol. 108, № 5,- P. 1175-1204.

29. Fröhlich. Theory of the superconducting state. | .the ground stclte clt) the absolute zero of temperature / Fröhlich // Phys. Rev. — 1950.— Vol. 79, № 5. - P. 845-856.

30. Cooper, L. N. Bound electron pairs in a degenerate fermi gas / L. N. Cooper // Phys. Rev. - 1956,-Vol. 104, № 4.- P. 1189-1190.

31. A.A. Абрикосов. К теории сверхпроводящих сплавов с парамагнитными примесями / A.A. Абрикосов, Л.П. Горьков // ЖЭТФ. - 1960. - Т. 39, № 6. - С. 1781-1796.

32. Possible origin for oscillatory superconducting transition temperature in superconductor-ferromagnet multilayers / T. Miihge, N. N. Garif'yanov, Y. V. Goryunov et al. // Phys. Rev. Lett.- 1996,- Vol. 77, № 9,-P. 1857-1860.

33. Л. Д. Ландау. Квантовая механика (Нерелятивистская теория) / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. - М.: Наука, 1974. - Т. 3. - С. 752.

34. Magnetism and superconductivity of Fe/Nb/Fe trilayers / T. Miihge, K. Westerholt, H. Zabel et al. // Phys. Rev. B. - 1997. - Vol. 55, № 14. -P. 8945-8954.

35. Magnetoresistivity and oscillatory interlayer magnetic coupling of sputtered Fe/Nb superlattices / J. E. Mattson, С. H. Sowers, A. Berger, S. D. Bader // Phys. Rev. Lett. - 1992,- Vol. 68, № 21,- P. 3252-3255.

36. Transition temperatures of superconductor-ferromagnet superlattices / Z. Radovic, M. Ledvij, L. Dobrosavjevic-Grujic et al. // Phys. Rev. В.— 1991. - Vol. 44, № 2. - P. 759-764.

37. А. И. Буздин. Осцилляции критического тока в зависимости от обменного поля и толщины ферромагнитного металла (F) в джозефсоновском контакте S-F-S / А. И. Буздин, Л. Н. Булаевский, С. Д. Панюков // Письма в ЖЭТФ. - 1982. - Т. 35, № 4. - С. 147-148.

38. Inhomogeneous superconductivity induced in a ferromagnet:evidence for a 7r junction / T. Kontos, M. Aprili, J. Lesueur, X. Grison // Phys. Rev. Lett.— 2001. - Vol. 86, № 2. - P. 304-307.

39. А. И. Ларкин. Неоднородное состояние сверхпроводников / А. И. Лар-кин, Ю. Н. Овчинников // ЖЭТФ. - 1964. - Т. 47, № 3. - С. 1136-1146.

40. Fulde, P. Superconductivity in a strong spin-exchange field / P. Fulde, R. A. Ferrell // Phys. Rev. - 1964. - Vol. 135, № ЗА. - P. A550-A563.

41. Tagirov, L. R. Proximity effect and superconducting transition temperature in super conductor/ferromagnet sandwiches / L. R. Tagirov / / Physica C. — 1998. - Vol. 307. - P. 145-163.

42. Buzdin, A. I. Transition temperature of a superconductor-ferromagnet superlattice / A. I. Buzdin, M. Y. Kupriyanov // JETP Lett. - 1990,- Vol. 52, № 9. — P. 487-491.

43. Ю.Н. Прошин. О проявлении состояния Ларкина-Овчинникова-Фульде-Феррелла в биметаллических структурах ферромагнетик-сверхпроводник / Ю.Н. Прошин, М. Г. Хусаинов // Письма в ЖЭТФ,- 1997. — Т. 66, № 8. - С. 527-532.

44. Khusainov, M. G. Possibility of periodically reentrant superconductivity in ferromagnet/superconductor layered structures / M. G. Khusainov, Y. N. Proshin // Phys. Rev. В.- 1997,- Vol. 56, № 22.-P. R14283-R14286.

45. Proshin, Y. N. Nonmonotonic behavior of the superconducting transition temperature in bimetallic ferromagnet-superconductor structures / Y. N. Proshin, M. G. Khusainov // JETP.- 1998.- Vol. 86, № 5,-P. 930-942.

46. Khusainov, M. G. Erratum:possibility of periodically reentrant superconductivity in ferromagnet/superconductor layered structures [phys. rev. b 56, rl4 283 (1997)] / M. G. Khusainov, Y. N. Proshin // Phys. Rev. В. - 2000.-Vol. 62, № 10. - P. 6832-6833.

47. Oh, S. A superconductive magnetoresistive memory element using controlled exchange interaction / S. Oh, D. Youm, M. R. Beasley // Appl. Phys. Lett. — 1997. - Vol. 71, № 16. - P. 2376-2378.

48. Deutscher, G. Coupling between ferromagnetic layers through a superconductor / G. Deutscher, F. Meunier // Phys. Rev. Lett. - 1969. - Vol. 22. -P. 395.

49. Clinton, T. W. Mesoscopic magnetoquenched superconducting valve / T. W. Clinton, M. Johnson // Appl. Phys. Lett. - 1997,- Vol. 70, № 9.-P. 1996-1998.

50. Tagirov, L. R. Low-Field Supercodnucting Spin Switch Based on a Super-conductor/Ferromagnet Multilayer / L. R. Tagirov // Phys. Rev. Lett. — 1999. - Vol. 83, № 10. - P. 2058-2061.

51. Buzdin, A. I. Spin-orientation-dependent superconductivity in F/S/F structures / A. I. Buzdin, A. V. Vedyayev, N. V. Ryzhanova // Europhys. Lett. — 1999. - Vol. 48, № 48. - P. 686-691.

52. Interplay of superconductivity and magnetism in superconduc-tor/ferromagnet structures / I. Baladie, A. I. Buzdin, N. Ryazhanov, V. Vedyayev // Phys. Rev. B. - 2000. - Vol. 63, № 054518. - P. 1-7.

53. Magnetization-Orientation Dependence of the Superconducting Transition Temperature in the Ferromagnet-Superconductor-Ferromagnet System: Cu-Ni/Nb/CuNi / J. Gu, C.-Y. You, J. S. Jiang et al. // Phys. Rev. Lett.-2002. - Vol. 89, № 26. - P. 1-4.

54. Potenza, A. Superconductor-ferromagnet CuNi/Nb/CuNi trilayers as superconducting spin-valve core structures / A. Potenza, C. Marrows // Phys. Rev. B. - 2005. - Vol. 71, № 18. - P. 25-28.

55. Moraru, I. C. Magnetization-Dependent Tc Shift in Ferromag-net/Superconductor/Ferromagnet Trilayers with a Strong Ferromagnet / I. C. Moraru, W. P. Pratt, N. 0. Birge // Phys. Rev. Lett.- 2006,-Vol. 96, № 037004. - P. 1-4.

56. Miao, G.-X. Infinite Magnetoresistance from the Spin Dependent Proximity Effect in Symmetry Driven bcc-Fe/V/Fe Heteroepitaxial Superconducting Spin Valves / G.-X. Miao, A. V. Ramos, J. Moodera // Phys. Rev. Lett.— 2008. - Vol. 101, № 137001. - P. 1-4.

57. Origin of the Inverse Spin Switch Effect in Superconducting Spin Valves / J. Zhu, X. Cheng, C. Boone, I. N. Krivorotov // Phys. Rev. Lett. — 2009.— Vol. 103, № 027004. - P. 1-4.

58. Superconducting Spin Valve Effect of a V Layer Coupled to an Antiferro-magnetic [Fe/V] Superlattice / K. Westerholt, D. Sprungmann, H. Zabel et al. // Phys. Rev. Lett. - 2005. - Vol. 95. - P. 097003.

59. Superconducting spin valves based on epitaxial Fe/V superlattices / G. Nowak, H. Zabel, K. Westerholt et al. // Phys. Rev. B. - 2008. - Vol. 78, № 13.-P. 134520.

60. Meiklejohn, W. H. New magnetic anisotropy / W. H. Meiklejohn, C. P. Bean // Phys. Rev. - 1956. - Vol. 102, № 5.- P. 1413-1414.

61. Meiklejohn, W. H. New magnetic anisotropy / W. H. Meiklejohn, C. P. Bean // Phys. Rev. - 1957,- Vol. 105, № 3,- P. 904-913.

62. Tsang, C. Magnetics of small magnetoresistive sensors / C. Tsang //J. Appl. Phys. - 1984. - Vol. 55, № 6. - P. 2226.

63. Nogues, J. Exchange bias / J. Nogues, I. K. Schuller //J. Magn. Magn. Mater. - 1999. - Vol. 192, № 2. - P. 203-232.

64. Domain state model for exchange bias. I. Theory / U. Nowak, К. D. Usadel, J. Keller et al. // Phys. Rev. B. - 2002. - Vol. 66, № 1. - P. 014430.

65. Domain state model for exchange bias. II. Experiments / J. Keller, P. Miltenyi, B. Beschoten et al. // Phys. Rev. B. - 2002. - Vol. 66, № 1. -P. 014431.

66. Interfacial domain formation during magnetization reversal in exchange-biased CoO/Co bilayers / F. Radu, M. Etzkorn, R. Siebrecht et al. // Phys. Rev. B. - 2003. - Vol. 67, № 13. - P. 134409.

67. Structural and magnetic properties of stoichiometric epitaxial CoO/Fe exchange-bias bilayers / G. Nowak, A. Remhof, F. Radu et al. // Phys. Rev. B. - 2007. - Vol. 75, № 17. - P. 174405.

68. Exchange bias in epitaxial CoO/Fe bilayer grown on MgO(OOl) / J. Gurgul, K. Freindl, A. Koziol-Rachwal et al. // Surface and Interface Analysis.— 2010. - Vol. 42, № 6-7. - P. 696-698.

69. Superconducting Triplet Spin Valve / Y. V. Fominov, A. A. Golubov, T. Y. Karminskaya et al. // JETP Letters.- 2010.- Vol. 91, № 6.-P. 308-313.

70. Zemel, J. N. Electrical and optical properties of epitaxial films of PbS, PbSe, PbTe and SnTe / J. N. Zemel, J. D. Jensen, R. B. Schoolar // Phys. Rev. -1965. - Vol. 140, № 1A. - P. A330-A342.

71. В. П. Северденко. Структура тонких металлических пленок / В. П. Северденко, Э. И. Точицкий. — Минск : Наука и техника, 1968. — С. 230.

72. Knudsen, M. The molecular and the frictional flow of gases in tubes / M. Knudsen, W. J. Fisher // Phys. Rev. (Series I). — 1910. — Vol. 31, № 5. — P. 586-588.

73. Th. Mühge; Ruhr-Universität Bochum. Proximity effect in the superconduc-tor/ferromagnet nb/fe layered system: mutual interaction of superconductivity and magnetism: Dissertation zur erlangug des grades eines doktors der naturwissenschaften / Th. Mühge; Ruhr-Universität Bochum. — 1997. — P. 124.

74. Б. С. Данилин. Вакуумное нанесение тонких пленок / Б. С. Данилин. — М.: Энергия, 1967.-С. 312.

75. 3. Шиллер. Электронно-лучевая технология: Пер. с нем. / 3. Шиллер, У. Гайзиг, 3. Панцер. - М. : Энергия, 1980. - С. 528.

76. J. Clarke. The SQUID handbook / J. Clarke, I. Braginski (Eds.). - Wiley-Vch, 2004. - Vol. 1.

77. В. Д. Кузнецов. Квантовый магнитометр для измерения магнитной восприимчивости в широком интервале температур и полей / В. Д. Кузнецов // Приборы и техника эксперимента. — 1985. — Т. 4. — С. 196-201.

78. Chechenin, N. G. Effect of internal stray fields on the high-frequency properties of magnetic thin films / N. G. Chechenin // Phys. of the Sol. State.

79. Nonlinearities in composition dependence of structure parameters and magnetic properties of nanocrystalline fcc/bcc-mixed Co-Ni-Fe thin films / N. G. Chechenin, E. V. Khomenko, D. I. Vainchtein, J. Th. M. De Hosson // J. Appl. Phys. - 2008. - Vol. 103. - P. 07E738.

80. A. A. Layadi and W. С. Cain and J.-W. Lee and J. 0. Artman. Investigation of anisotropy by ferromagnetic resonance (FMR) in exchange-coupled bilayer films / A. A. Layadi and W. C. Cain and J.-W. Lee and J. 0. Artman // IEEE Trans. Magn. MAG-23. - 1987. - Vol. 23. - P. 2993.

81. E. V. Khomenko and N. G. Chechenin and A. Yu.Goikhman and A. V.Zenkevich. Exchange Bias in the IrMn/Co Structures with Alternative Sequences of Antiferromagnetic and Ferromagnetic Layers / E. V. Khomenko and N. G. Chechenin and A. Yu.Goikhman and A. V.Zenkevich // JETP Lett. - 2008. - Vol. 88. - P. 602-606.

82. Ch. Kittel. On the Theory of Ferromagnetic Resonance Absorption / Ch. Kittel // Phys. Rev. - 1948,- Vol. 73,- P. 155-161.

83. B. Heinrich. Ultrathin metallic magnetic films: magnetic anisotropics and exchange interactions / B. Heinrich, J. F. Cochran // Adv. Phys. — 1993. — Vol. 42. - P. 523-639.

84. A. B. Pippard. Experimental analysis of the electronic structure of metals / A. B. Pippard // Rep. Prog. Phys. - 1960. - Vol. 23,- P. 176-226.

85. Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела / Ч. Киттель,— М.: Наука, 1978. - С. 792.

86. Deutscher, G. Short coherence length superconductors and the fermi velocity paradox / G. Deutscher // Chin. J. Phys.- 1993,- Vol. 31, № 6,-P. 805-812.

87. Giant Magnetoresistance in Ferromagnet/Superconductor Superlattices / V. P. na, Z. Sefrioui, D. Arias et al. // Phys. Rev. Lett. - 2005. - Vol. 94, № 057002. - P. 3-6.

88. Rusanov, A. Y. Inverse spin switch effects in ferromagnet-superconductor-fer-romagnet trilayers with strong ferromagnets / A. Y. Rusanov, S. Habraken, J. Aarts // Phys. Rev. B. - 2006. - Vol. 73, № 060505(R). - P. 1-4.

89. Steiner, R. Magnetic switching of the superconducting transition temperature in layered ferromagnetic/superconducting hybrids: Spin switch versus stray field effects / R. Steiner, P. Ziemann // Phys. Rev. B. — 2006. — Vol. 74. - P. 094504.

90. Superconducting spin switch with perpendicular magnetic anisotropy / A. Singh, C. Sorgers, R. Hoffmann, H. V. Lohneysen // Phys. Rev. B. — 2007. - Vol. 75, № 024513. - P. 1-5.

91. Stamopoulos, D. Stray-fields-based magnetoresistance mechanism in Ni80Fe2o-Nb-Ni8oFe2o trilayered hybrids / D. Stamopoulos, E. Manios, M. Pissas // Phys. Rev. B. - 2007. - Vol. 75, № 184504. - P. 1-9.

92. Observation of the "Inverse" Spin Valve Effect in a Ni/V/Ni Trilayer System / P. V. Leksin, R. I. Salikhov, H. Vinzelberg et al. // JETP Letters. - 2009. -Vol. 90, № l.-P. 59-63.

93. Enhancement of the Superconducting Transition Temperature in Nb/Permalloy Bilayers by Controlling the Domain State of the Ferro-manget / A. Y. Rusanov, M. Hesselberth, J. Aarts, A. I. Buzdin // Phys. Rev. Lett. - 2004. - Vol. 93, № 057002. - P. 1-4.

94. Takahashi, S. Spin Imbalance and Magnetoresistance in Ferromag-net/Superconductor/Ferromagnet Double Tunnel Junctions / S. Takahashi, H. Imamura, S. Maekawa // Phys. Rev. Lett. - 1999,- Vol. 82, № 19.-P. 3911-3914.

95. Spin-polarized current versus stray field in a perpendicularly magnetized superconducting spin switch / A. Singh, C. Siirgers, R. Hoffmann et al. // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 91, № 152504.

96. Structural Dependence of the Oscillatory Exchange Interection across Cu Layers / M. T. Johnson, S. T. Purcell, N. W. E. McGee et al. // Phys. Rev. Lett. - 1992. - Vol. 68, № 17. - P. 1-4.

97. Bergeret, F. S. Long-Range Proximity Effects in Superconductor-Ferromag-net Structures / F. S. Bergeret, A. F. Volkov, K. B. Efetov // Phys. Rev. Lett. - 2001. - Vol. 86, № 18. - P. 4096-4099.

98. Ivanov, D. A. Minigap in superconductor-ferromagnet junctions with ingo-mogeneous magnetization / D. A. Ivanov, Y. V. Fominov // Phys. Rev. B. — 2006,-Vol. 73, № 214524.-P. 1-4.

99. Kuprianov, M. Y. Influence of boundary transparency on the critical current of "dirty"SS'S structures / M. Y. Kuprianov, V. F. Lukichev // Zh. Eksp. Teor. Fiz. - 1988. - Vol. 94. - P. 139-149.

100. Fominov, Y. V. Critical temperature of superconductor/ferromagnet bilay-ers / Y. V. Fominov, N. M. Chtchelkatchev, A. A. Golubov // Pis'ma v ZhETF. - 2001. - Vol. 74, № 2. - P. 101-104.

101. Fominov, Y. V. Nonmonotonic critical temperature in superconductor/ferromagnet bilayers / Y. V. Fominov, N. M. Chtchelkatchev, A. A. Golubov // Phys. Rev. B. - 2002. - Vol. 66, № 014507. - P. 1-13.

102. Buzdin, A. Theoretical description of ferromagnetic 7r junctions near the critical temperature / A. Buzdin, I. Baladie // Phys. Rev. B.— 2003.— Vol. 67, № 184519. - P. 1-6.

103. Upper critical fields of superconductor-ferromagnet multilayers / Z. Ravovic, L. Dobrosavljevic-Grucic, A. I. Buzdin, John R. Clemm // Phys. Rev. В.— 1988. - Vol. 38, № 4. - P. 2388-2393.

104. Decoupling of superconducting V by ultrathin Fe layers in V/Fe multilayers / P. V. Koorevaar, Y. Suzuki, R. Coehoorn, J. Aarts // Phys. Rev. В.— 1994. - Vol. 49, № 1. - P. 441-449.

105. Stearns, M. B. Réévaluation of spin-dependent cross sections of solutes in Fe / M. B. Stearns // J. Appl. Phys.- 1993.- Vol. 73, № 10.-P. 6396-6398.

106. Dieny, B. Giant Magnetoresistance in Spin-Valve Multilayers / B. Dieny // J. Magn. Magn. Mater. - 1994. - Vol. 136,- P. 335-359.

Список публикаций автора

Al. Full spin switch effect for the superconducting current in a superconduc-tor/ferromagnet thin film heterostructure / P. V. Leksin, N. N. Garif'yanov, I. A. Garifullin et al. // Appl. Phys. Lett. - 2010,- Vol. 97, № 102505,-P. 1-3.

A2. Manifestation of New Interference Effects in a Superconductor-Ferromagnet Spin Valve / P. V. Leksin, N. N. Garif'yanov, I. A. Garifullin et al. // Phys. Rev. Lett. - 2011. - Vol. 106, № 067005. - P. 1-4.

A3. Physical properties of the superconducting spin-valve Fe/Cu/Fe/In heterostructure / P. V. Leksin, N. N. Garif'yanov, I. A. Garifullin et al. // Phys. Rev. B. - 2012. - Vol. 85, № 024502. - P. 1-11.