OBSERVATION OF REENTRANT DEPENDENCE OF THE CRITICAL CURRENT IN Nb-PdFe-Nb
JOSEPHSON JUNCTIONS ON PdFe-BARRIER THICKNESS AND TEMPERATURE

V. V. Bol'ginov; Больгинов В. В.; A. L. Karpovich; Карпович А. Л.; L. N. Karelina; Карелина Л. Н.; H. C. Shuravin; Шуравин H. C.; V. V. Ryazanov; Рязанов В. В.

doi:10.31857/S0044451024120058

OBSERVATION OF REENTRANT DEPENDENCE OF THE CRITICAL CURRENT IN Nb-PdFe-Nb JOSEPHSON JUNCTIONS ON PdFe-BARRIER THICKNESS AND TEMPERATURE

作者: Bol'ginov V.V.¹, Karpovich A.L.¹, Karelina L.N.¹, Shuravin H.C.¹, Ryazanov V.V.¹^,2^,3
隶属关系:
1. Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences
2. Moscow Institute of Physics and Technology
3. Russian Quantum Center, Skolkovo Innovation Center
期: 卷 166, 编号 6 (2024)
页面: 813-821
栏目: ORDER, DISORDER AND PHASE TRANSITIONS IN CONDENSED MATTER
URL: https://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/274796
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451024120058
ID: 274796

如何引用文章

全文:

开放存取

##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问

订阅存取

详细

The results of studying multilayer superconductor-ferromagnet-superconductor (SFS) Josephson junctions based on superconducting niobium and weak ferromagnetic alloy Pd_0.99Fe_0.01 are presented. A minimum in the dependence of critical current density on F-layer thickness is discovered, which is one of the signs of π-state realization with a negative sign of current-phase relation. The presence of 0-π-transition, i.e., transition between π-state and 0-state with increasing F-layer thickness, is also confirmed by the observation of reentrant temperature dependence of critical current at ferromagnet thickness of about 43 nm. Modeling predicts the second order number of the observed 0-π-transition.

参考

A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov and E. Il’ichev, The Current-Phase Relation in Josephson Junctions, Rev. Mod. Phys. 76, 411 (2004).
A. V. Ustinov, and V. K. Kaplunenko, Rapid SingleFlux Quantum Logic Using n-Shifters, J. Appl. Phys. 94, 5405 (2003).
M. I. Khabipov, D. V. Balashov, F. Maibaum et al., A Single Flux Quantum Circuit With a FerromagnetBased Josephson п-Junction, Supercond. Sci. Technol. 23, 045032 (2010).
A. Buzdin and A. E. Koshelev, Periodic Alternating 0and п-Junction Structures as Realization of ^-Josephson Junctions, Phys. Rev. B 67, 220504(R) (2003).
M. J. A. Stoutimore, A. N. Rossolenko, V.V.Bol-ginov et al., Second-Harmonic Current-Phase Relation in Josephson Junctions With Ferromagnetic Barriers, Phys. Rev. Lett. 121, 177702 (2018).
А. А. Максимовская, В. И. Ружицкий, Н. В. Кленов и др., Фазовая логика на основе джозеф-соновских п-контактов, Письма в ЖЭТФ 115, 786 (2022) [A. A. Maksimovskaya, V. I. Ruzhickiy, N. V. Klenov et al., Phase Logic Based on п Josephson Junctions, JETP Lett. 115, 735 (2022)].
В. В. Больгинов, В. С. Столяров, Д. С. Соба-нин и др., Магнитные переключатели на основе джозефсоновских переходов Nb-PdFe-Nb с магнитомягкой ферромагнитной прослойкой, Письма в ЖЭТФ 95, 408 (2012).
T. I. Larkin, V. V. Bol’ginov, V. S. Stolyarov et al., Ferromagnetic Josephson Switching Device with High Characteristic Voltage, Appl. Phys. Lett. 100, 222601 (2012).
L. N. Karelina, R. A. Hovhannisyan, I. A. Golov-chanskiy et al., Scalable Memory Elements Based on Rectangular SIsFS Junctions, J. Appl. Phys. 130, 173901 (2021).
D. S. Holmes, A. L. Ripple, and M. A. Manheimer Energy-Efficient Superconducting Computing — Power Budgets and Requirements, IEEE Trans. Appl. Supercond. 23, 1701610 (2013).
А. И. Ларкин, Ю. Н. Овчинников, Неоднородное состояние сверхпроводников, ЖЭТФ 47, 1136 (1964).
P. Fulde and R. A. Ferrel, Superconductivity in a Strong Spin-Exchange Field, Phys. Rev. 135, A550 (1964).
E. A. Demler, G. B. Arnold, and M. R. Beasley, Superconducting Proximity Effects in Magnetic Metals, Phys. Rev. B 55, 15174 (1997).
А. И. Буздин, Л. Н. Булаевский, С. В. Панюков, Осцилляции критического тока в зависимости от обменного поля и толщины ферромагнитного металла (F) в джозефсоновском контакте S-F-S, Письма в ЖЭТФ 35, 147 (1982).
А. И. Буздин, Б. Вуйчич, М. Ю. Куприянов, Структуры ферромагнетик-сверхпроводник, ЖЭТФ 101, 231 (1992).
V. A. Oboznov, V. V. Bol’ginov, A. K. Feofanov et al., Thickness Dependence of the Josephson Ground States of Superconductor-Ferromagnet-Superconductor Junctions, Phys. Rev. Lett. 96, 197003 (2006).
T. Kontos, M. Aprili, J. Lesueur et al., Josephson Junction through a Thin Ferromagnetic Layer: Negative Coupling, Phys. Rev. Lett. 89, 137007 (2002).
V. V. Ryazanov, V. A. Oboznov, A. Yu. Rusanov et al., Coupling of Two Superconductors Through a Ferromagnet: Evidence for a п Junction, Phys. Rev. Lett. 86, 2427 (2001).
H. Sellier, C. Baraduc, F. Lefloch et al., Temperature-induced crossover between 0 and п states in S/F/S junctions, Phys. Rev. B 68, 054531 (2003).
V. Zdravkov, A. Sidorenko, G. Obermeier et al., ReEntrant Superconductivity in Nb/Cui-xNix Bilayers, Phys. Rev. Lett. 97, 057004 (2006).
И. Я. Коренблит, Е. Ф. Шендер, Ферромагнетизм неупорядоченных систем, УФН 126, 233 (1978).
M. Yu. Kupriyanov, A. A. Go1ubov, and M. Siegel, Josephson Junctions with Ferromagnetic Materials, Proc. SPIE 6260, 62600S (2006).
Л. Н. Карелина, Н. С. Шуравин, С. В. Егоров и др., Магнитные переключения FSF-мостиков при низких температурах, Письма в ЖЭТФ 119, 616 (2024).
А. C. Ионин, H. C. Шуравин, Л. Н. Карелина и др., Экспериментальное исследование прототипа сверхпроводящего сигма-нейрона для адиабатических нейронных сетей, ЖЭТФ 164, 1008 (2023).
O. M. Kapran, A. Iovan, T. Golod et al., Observation of the Dominant Spin-Triplet Supercurrent in Josephson Spin Valves with Strong Ni Ferromagnets, Phys. Rev. Res. 2, 013167 (2020).
И. С. Вещунов, В. А. Обознов, А. Н. Россолен-ко и др., Наблюдение структуры магнитной области в тонких пленках Cuo.47 Nio.53 при низких температурах, Письма в ЖЭТФ 88, 791 (2008) [I. S. Veshchunov, V. A. Oboznov, A. N. Rossolenko et al., Observation of the Magnetic Domain Structure in Cuo.47 Nio.53 Thin Films at Low Temperatures, JETP Lett. 88, 758 (2008)].
S. L. Miller, K. R. Biagi, J. R. Clem et al., Critical Currents of Cross-Type SuperconductingNormal-Superconducting Junctions in Perpendicular Magnetic Fields, Phys. Rev. B 31, 2684 (1985).
O. B. Hyun, J. R. Clem, and D. K. Finnemore, Motion of a Single Superconducting Vortex, Phys. Rev. B 40, 175 (1989).
А. А. Голубов, М. Ю. Куприянов, Влияние одиночных абрикосовских вихрей на свойства туннельных джозефсоновских переходов, ЖЭТФ 92, 1512 (1987).
A. A. Golubov and M. Yu. Kupriyanov, Theoretical Investigation of Josephson Tunnel Junctions with Spatially Inhomogeneous Superconducting Electrodes, J. Low Temp. Phys. 70, 83 (1988).
В. Н. Губанков, Ф. Н. Склокин, Л. С. Кузьмин и др., Изменение структуры абрикосовских вихрей в сверхпроводящих пленках джозефсоновского туннельного под действием у-облучения, Письма в ЖТФ 15, 54 (1989).
T. Golod, A. Rydh, and V. M. Krasnov, Detection of the Phase Shift From a Single Abrikosov Vortex, Phys. Rev. Lett. 104, 227003 (2010).
А. Бароне, Дж. Паттерно, Эффект Джозефсона, Мир, Москва (1984).
A. Gubin, K. Il’in, S. Vitusevich et al., Dependence of Magnetic Penetration Depth on the Thickness of Superconducting Nb Thin Films, Phys. Rev. B 72, 064503 (2005).
S. M. Frolov, D. J. Van Harlingen, V. A. Oboznov et al., Measurement of the Current-Phase Relation of Superconductor/Ferromagnet/Superconductor n Josephson Junctions, Phys. Rev. B 70, 144505 (2004).
А. С. Ионин памяти в ферромагне-на основе Письма в Л. Н. Карелина, Н. С. Шуравин, и др., Эффект магнитной планарных микромостиках тик/сверхпроводник/ферромагнетик сильно разбавленного сплава PdFe, ЖЭТФ 116, 108 (2022).

补充文件

附件文件

动作

1. JATS XML

下载

用户名
密码
记住我

忘记您的密码?	注册

用户名
密码
记住我

忘记您的密码?	注册

卷 167, 编号 5 (2025)

OBSERVATION OF REENTRANT DEPENDENCE OF THE CRITICAL CURRENT IN Nb-PdFe-Nb JOSEPHSON JUNCTIONS ON PdFe-BARRIER THICKNESS AND TEMPERATURE

全文:

详细

作者简介

V. Bol'ginov

A. Karpovich

L. Karelina

H. Shuravin

V. Ryazanov

参考

补充文件