The Dynamic Proximity Effect in Superconductor –Ferromagnetic Insulator Hybrid Structures

Ya. V. Turkin; Туркин Я. В.; N. G. Pugach; Пугач Н. Г.; E. G. Ekomasov; Екомасов Е. Г.; B. G. L’vov; Львов Б. Г.

doi:10.31857/S0015323022601428

Динамический эффект близости в гибридных структурах сверхпроводник/ферромагнитный диэлектрик

Авторы: Туркин Я.В.¹^,2, Пугач Н.Г.¹, Екомасов Е.Г.³^,4, Львов Б.Г.¹
Учреждения:
1. Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
2. Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского
3. Башкирский государственный университет
4. Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы
Выпуск: Том 124, № 1 (2023)
Страницы: 42-48
Раздел: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/139331
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022601428
EDN: https://elibrary.ru/KQRYAE
ID: 139331

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Теоретически исследуется динамика наведенной намагниченности и спинового тока, возникающих в слое грязного сверхпроводника за счет эффекта близости с ферромагнитным диэлектриком с однородной периодически прецессирующей намагниченностью. Динамика наблюдаемых физических величин описывается в рамках квазиклассического формализма Узаделя–Флоке, позволяющего исследовать воздействие периодического возмущения на неоднородную сверхпроводящую систему. Пространственные распределения и временная эволюция наведённой намагниченности и сверхпроводящего спинового тока внутри слоя сверхпроводника находятся из численных решений системы уравнений Узаделя–Флоке.

Ключевые слова

сверхпроводящая спинтроника, эффект близости. ферромагнитный резонанс

Список литературы

Linder J., Robinson J.W.A. Superconducting spintronics // Nature Phys. 2015. V. 11. № 4. P. 307–315.
Ozaeta A., Virtanen P., Bergeret F.S., Heikkilä T.T. Predicted Very Large Thermoelectric Effect in Ferromagnet-Superconductor Junctions in the Presence of a Spin-Splitting Magnetic Field // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 112. № 5. P. 057001.
Bell C., Milikisyants S., Huber M., Aarts J. Spin-Pumping-Induced Inverse Spin Hall Effect in Nb/Ni80 Fe20 Bilayers and its Strong Decay Across the Superconducting Transition Temperature // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. № 4. P. 047002.
Inoue M., Ichioka M., Adachi H. Spin pumping into superconductors: A new probe of spin dynamics in a superconducting thin film // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. № 2. P. 024 414.
Golovchanskiy I.A., Abramov N.N., Stolyarov V.S., Chi-chkov V.I., Silaev M., I.V. Shchetinin, Golubov A.A., Rya-zanov V.V., Ustinov A.V., Kupriyanov M.Yu. Magnetization dynamics in proximity-coupled superconductor–ferromagnet–superconductor multilayers // Phys. Rev. Appl. 2020. V. 14. № 2. P. 024086.
Ojajärvi R., Heikkilä T.T., Virtanen P., Silaev M.A. Giant enhancement to spin battery effect in superconductor/ferromagnetic insulator systems // Phys. Rev. B. 2021. V. 103. № 22. P. 224 524.
Petković I., Aprili M., Barnes S.E., Beuneu F., Maekawa S. Direct dynamical coupling of spin modes and singlet Josephson supercurrent in ferromagnetic Josephson junctions // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 22. P. 220502.
Yao Y., Song Q., Takamura Y., Cascales J.P., Yuan W., Ma Y., Yun Yu., Xie X. C., Moodera J.S., Han W. Probe of spin dynamics in superconducting NbN thin films via spin pumping // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. № 22. P. 224 414.
Jeon K-R., Ciccarelli C., Kurebayashi H., Cohen L.F., Montiel X., Eschrig M., Wagner T., Komori S., Srivastava A., Robinson J.W.A., Blamire M.G. Meissner Screening and Trapped Magnetic Flux on Magnetization Dynamics in Thick Nb/Ni80Fe20 /Nb Trilayers // Phys. Rev. Appl. 2019. V. 11. № 11. P. 014061.
Jeon K.-R., Ciccarelli C., Ferguson A.J., Kurebayashi H., Cohen L.F., Montiel X., Eschrig M., Robinson J.W.A., Blamire M.G. Enhanced spin pumping into superconductors provides evidence for superconducting pure spin currents // Nat. Mat. 2018. V. 17. P. 499–503.
Yagovtsev V.O., Gusev N.A., Pugach N.G., Eschrig M. The inverse proximity effect in strong ferromagnet–superconductor structures // Supercond. Sci. Techn. 2021. V. 34. № 2. P. 025003.
Silaev M.A. Finite-frequency spin susceptibility and spin pumping in superconductors with spin-orbit relaxation // Phys. Rev. B. 2021. V. 102. № 14. P. 144521.
Silaev M.A. Large enhancement of spin pumping due to the surface bound states in normal metal–superconductor structures // Phys. Rev. B. 2021. V. 102. № 18. P. 180502.
Kato T., Ohnuma Y., Matsuo M., Rech T., Jonckheere T., Martin T. Microscopic theory of spin transport at the interface between a superconductor and a ferromagnetic insulator // Phys. Rev. B. 2019. V. 99. № 14. P. 144 411.
Ojajärvi R., Bergeret F. S., Silaev M. A., Heikkilä T.T. Dynamics of Two Ferromagnetic Insulators Coupled by Superconducting Spin Current // Phys. Rev. Lett. 2022. V. 128. № 16. P. 167701.
Simensen H.T., Johnsen L.G., Linder J., Brataas A. Spin pumping between noncollinear ferromagnetic insulators through thin superconductors // Phys. Rev. B. V. 103. № 2. P. 024524.
Golovchanskiy I.A., Abramov N.N., Stolyarov V.S., Bolginov V.V., Ryazanov V.V., Golubov A.A., Alexey V.U. Ferromagnet/Superconductor Hybridization for Magnonic Applications // Advanced functional materials. V. 28. № 33. P. 1802375.
Holmqvist C., Fogelström M., Belzig W. Spin-polarized Shapiro steps and spin-precession-assisted multiple Andreev reflection //Phys. Rev. B. V. 90. № 1. P. 014 516.
Stoutimore M.J.A., Rossolenko A. N., Bolginov V.V., Oboznov V.A., Rusanov A.Y., Baranov D. S., Pugach N., Frolov S.M., Ryazanov V.V., Van Harlingen D. J. Second-Harmonic Current-Phase Relation in Josephson Junctions with Ferromagnetic Barriers // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 121. № 17. P. 177702.
Heim D.M., Pugach N.G., Kupriyanov M. Yu., Goldobin E., Koelle D., Kleiner R., Ruppelt N. The effect of normal and insulating layers on 0-π transitions in Josephson junctions with a ferromagnetic barrier // New J. Phys. 2015. V. 17. P. 113 022.
Heim D.M., Pugach N.G., Kupriyanov M.Yu., Goldobin E., Koelle D., Kleiner R. Ferromagnetic planar Josephson junction with transparent interfaces: a φ junction proposal // New J. Phys. 2013. V. 25. № 23. P. 239 601.
Pugach N.G., Kupriyanov M.Yu., Vedyayev A.V., Lacroix C., Goldobin E., Koelle D., Kleiner R., Sidorenko A.S. Ferromagnetic Josephson junctions with steplike interface transparency // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 13. P. 134 516.
Klenov N., Kornev V., Vedyayev A., Ryzhanova N., Pugach N., Rumyantseva T. Examination of logic operations with silent phase qubit // J. Phys.: Conference Series 2008. V. 98. P. 012037.
Bakurskiy S.V., Klenov N.V., Kupriyanov M.Yu., Soloviev I.I., Khapaev M.M. Extraction of Inductances and Spatial Distributions of Currents in a Model of Superconducting Neuron // Comp. Mathem. Mathem. Phys. 2021. V. 61. № 5. P. 854–863.
Soloviev I.I., Schegolev A.E., Klenov N.V., Bakurskiy S.V., Kupriyanov M.Y., Tereshonok, M.V., Shardin A.V., Stolyarov V.S., Golubov A.A. Adiabatic superconducting artificial neural network: Basic cells // J. Appl. Phys. 2018. V. 124. № 15. P. 152113.
Schneider M.L., Donnelly C.A., Russek S.E., Baek B., Pufall M.R., Hopkins P.F., Dresselhaus P.D., Benz S.P., Rippard W.H. Ultralow power artificial synapses using nanotextured magnetic Josephson junctions // Sci. Advances. 2018. V. 4. № 1. P. e1701329.
Bobkova I.V., Bobkov A.M., Silaev M.A. Spin torques and magnetic texture dynamics driven by the supercurrent in superconductor/ferromagnet structures // Phys. Rev. B. 2018. V. 98. № 1. P. 014521.
Bobkova I.V., Bobkov A.M., Belzig W. Thermally induced spin-transfer torques in superconductor/ferromagnet bilayers // Phys. Rev. B. 2021. V. 103. № 2. P. L020503.
Tokuyasu T., Sauls J.A., Rainer D. Proximity effect of a ferromagnetic insulator in contact with a superconductor //Phys. Rev. B. 1988. V. 38. № 13. P. 8823–8832.
Cottet A., Huertas-Hernando D., Belzig W., Nazarov Y.V. Spin-dependent boundary conditions for isotropic superconducting Green’s functions //Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 18. P. 184 511.
Eschrig M., Cottet A., Belzig W., Linder J. General boundary conditions for quasiclassical theory of superconductivity in the diffusive limit: application to strongly spin-polarized systems //New J. Phys. 2015. V. 17. № 8. P. 083037.
Gusev N.A., Dgheparov D.I. Pugach N.G., Belotelov V.I. Magnonic control of the superconducting spin valve by magnetization reorientation in helimagnet // App. Phys. Lett. 2021. V. 118. № 23. P. 232601.
Pugach N.G., Safonchik M., Champel T., Zhitomirsky M.E., Lähderanta E., Eschrig M., Lacroix C. Superconducting spin valves controlled by spiral re-orientation in B20-family magnets // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 111. № 16. P. 162 601.
Миронов С.В., Самохвалов А.В., Буздин А.И., Мельников А.С. Электромагнитный эффект близости и ЛОФФ неустойчивость в гибридных структурах сверхпроводник–ферромагнетик (Миниобзор) // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 113. № 2. С. 102–111.
Tagirov L.R. Low-Field Superconducting Spin Switch Based on a Superconductor // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. № 10. P. 2058–2061.
Водопьянов Б.П., Тагиров Л.Р. Осцилляции температуры сверхпроводящего перехода в бислоях сильный ферромагнетик–сверхпроводник // Письма в ЖЭТФ. 2003. Т. 78. № 9. С. 1043–1047.
Leksin P.V., Garif’yanov N.N., Kamashev A.A., Validov A.A., Fominov Ya.V., Schumann J., Kataev V., Thomas J., Büchner B., Garifullin I.A. Isolation of proximity-induced triplet pairing channel in a superconductor/ferromagnet spin valve / Phys. Rev. B. 2016. V. 93. № 10. P. 100502(R).
Brinkman A., Golubov A.A., Rogalla H., Wilhelm F.K., Kupriyanov M.Yu. Microscopic nonequilibrium theory of double-barrier Josephson junctions // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. № 22. P. 224513.
Oka T., Aoki H. Photovoltaic Hall effect in graphene // Phys. Rev. B. 2009. V. 70. № 8. P. 081406(R).
Bergeret F.S., Volkov A.F., Efetov K.B. Induced ferromagnetism due to superconductivity in superconductor-ferromagnet structures // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. № 17. P. 174504.
Handbook of Spintronics / Ed. By Y. Xu et al. N.Y., London: Springer Science + Business Media Dordrecht, 2016. 1609 p.