Untersuchung von unkonventioneller Triplet Supraleitung und Spin-Ventil Effekten in Supraleiter/Ferromagnet nanoskaligen Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Siegfried Rüdiger Horn
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252046394

In nanoskaligen Schichtstrukturen, bestehend aus einer supraleitenden (S) und zwei ferromagnetischen (F1,F2) Schichten, tritt bei nicht kollinearer Ausrichtung der beiden Magnetisierungen (M1,M2) der F-Schichten eine s-Wellen Triplet Komponente, die eine ungerade Funktion der Matsubara-Frequenz ist, auf. Diese Paarbildungskomponente ist außerordentlich langreichweitig in den F-Schichten, da die Paarung gleicher Spins vom spinpolarisierten Leitungsband des F-Metalls unterstützt wird. Das Auftreten dieser Komponente beeinflusst die supraleitende Übergangstemperatur beide auf dem supraleitenden Proximity-Effekt beruhenden Spinventil-Designs (F1/S/F2 und S/F1/F2) maßgeblich. Für Spinventil-Systeme vom Typ S/F1/F2 wird von der Theorie ein absolutes Minimum in der supraleitenden Übergangstemperatur in der Nähe einer senkrechten Orientierung von M1 und M2 vorhergesagt. Bei Verwendung von verdünnten magnetischen Legierungen als F-Schichten wird erwartet, dass dieser Effekt besonders groß (in der Größenordnung von 1K für unterschiedliche magnetische Orientierungen) ist. Insbesondere für diese Materialien wollen wir das Phänomen in dem vorliegenden Projekt untersuchen und mit dem entsprechenden Phänomen in F1/S/F2 Strukturen vergleichen. Das Exchange Biasing einer Schicht aus einer verdünnten magnetischen Legierung ist eine schwierige Aufgabe. Daher werden wir eine kürzlich von uns entwickelte Methode anwenden, um ein starkes Exchange Bias in diesen Systemen (besonders für verdünnte ferromagnetische Legierungen) zu verwirklichen. Auf diese Weise wollen wir auch einen großen standard (oder inversen) Spinventil-Effekt in der Größenordnung von 1K realisieren, wie er für die Differenz zwischen paralleler und antiparalleler Ausrichtung der Magnetisierungen (hier ist die s-Wellen Triplet Komponente, die ungerade in der Matsubara-Frequenz ist, nicht vorhanden) erwartet wird. Weiterhin wollen wir das lang bestehende Problem der Unterscheidung von Spinventil-Effekten und Streufeld-Effekten lösen. Um den gegenseitigen Einfluss von Triplet Komponenten und Stromtransport zu untersuchen, werden wir die Spinventil-Effekte bei unterschiedlichen Magnetfeldern und Strömen bis zum kritischen Strom untersuchen. Da unsere kürzlich durchgeführten Experimente zu Memory-Effekten in einer F/S/F Spinventil-Struktur Anzeichen von Nichtgleichgewichtsphänomenen zeigten, wollen wir abschließend eine Pilotstudie zu Nichtgleichgewicht-Supraleitung in S/F Heterostrukturen durchführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen