авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Критические магнитные поля сверхпроводящих наноструктур на основе ниобия и сплава медь-никель

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И

НАНОТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ Д. ГИЦУ

На правах рукописи

УДК: 537.312.62

АНТРОПОВ ЕВГЕНИЙ ИГОРЕВИЧ

КРИТИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

СВЕРХПРОВОДЯЩИХ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ

НИОБИЯ И СПЛАВА МЕДЬ-НИКЕЛЬ

01.04.07 ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико математических наук

КИШИНЭУ, 2013

Работа выполнена в Криогенной лаборатории Института Электронной Инженерии и Нанотехнологий имени “Д. Гицу” Академии Наук Республики Молдова

Научный руководитель:

член-корреспондент АН РМ, доктор хаб. физ-мат. наук, СИДОРЕНКО Анатолий профессор, ИЭИН АН РМ

Официальные оппоненты:

доктор хаб. физ-мат. наук, профессор ФТИНТ НАНУ НАЙДЮК Юрий (Харьков, Украина) доктор физ-мат. наук, доцент ТУМ ДОХОТАРУ Леонид Состав специализированного ученого Совета:

председатель совета, доктор хаб. физ-мат. наук, профессор, ТУМ ВЛАДИМИР М.

секретарь совета, доктор физ-мат. наук, ИПФ АН РМ ДИГОР Д.

доктор хаб. физ-мат. наук, профессор, КГУ (Казань, Россия) ТАГИРОВ Л.

доктор хаб. физ-мат. наук, профессор, МГУ (Москва, Россия) КУПРИЯНОВ М.

доктор физ-мат. наук, ИПФ АН РМ НАТЕПРОВ А.

доктор физ-мат. наук, ИЭИН АН РМ КОНОПКО Л.

Защита состоится 12 сентября 2013 г в 9:00 часов на заседании специализированного совета D 24.01.04.07-09 Института Электронной Инженерии и Нанотехнологий имени «Д.

Гицу» Академии Наук Р.М., MD-2028, г. Кишинэу, ул. Академии, 3/3.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в Центральной Научной Библиотеке Академии Наук Республики Молдова, и на сайте Национального Совета по Аккредитации и Аттестации РМ (http://www.cnaa.md/) Автореферат был разослан: 7 августа 2013.

Ученый секретарь специализированного совета DH, доктор физ.-мат. наук, ДИГОР Думитру Научный руководитель:

чл. корр. АНМ, д. хаб. физ.-мат. наук, профессор СИДОРЕНКО Анатолий Автор:

Антропов Евгений © Антропов Евгений,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ключевые слова: сверхпроводник, тонкие пленки, критические магнитные поля, ширина области критических флуктуаций, размерный кроссовер, параметр Гинзбурга Леванюка, спинтроника.

Актуальность задач исследования:

Начиная с середины XX века, пристальный интерес исследователей вызывает взаимодействие между двумя антагонистическими явлениями – ферромагнетизмом и сверхпроводимостью. Искусственные многослойные системы являются интересными объектами для исследований ряда фундаментальных свойств, таких как флуктуационные эффекты, анизотропия и её влияние на критический ток, критические магнитные поля, эффекты размерности и кроссовер. В таких системах сила межслойного взаимодействия оказывает фундаментальное влияние на свойства слоистых сверхпроводников.

Появление в последние десять лет сверхпроводниковых спинтронных устройств с почти нулевым выделением тепла в процессе работы, которые обладают высокой эффективностью и быстродействием, а также ускоренное развитие спинтроники – спин зависящей электроники, делает актуальной, с практической точки зрения, задачу исследований критических магнитных полей слоистых наноструктур на основе ферромагнетика и сверхпроводника.

Цели и задачи исследования:

Основной целью работы является теоретическое исследование критических магнитных полей в трёхслойных структурах ферромагнетик-сверхпроводник ферромагнетик и сравнение с экспериментальными данными для последующего применения полученных результатов в инженерной области сверхпроводниковой спинтроники.

Для выполнения целей работы необходимо решить следующие научно-технические задачи:

разработать оптимальную вакуумную технологию для получения слоистых систем с 1.

воспроизводимыми и строго контролируемыми параметрами и приготовить трёхслойные структуры ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик;

для оптимизации параметров образцов необходимо исследовать элементный состав, 2.

морфологию и микроструктуру слоев сверхпроводника и ферромагнетика;

на основе исследования резистивных переходов образцов ферромагнетик 3.

сверхпроводник-ферромагнетик, изучить термодинамические флуктуации сверхпроводящего параметра порядка, ширину критической области и изменение параметра Гинзбурга-Леванюка.

провести теоретический расчёт критических магнитных полей для трёхслойных 4.

структур ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик;

провести экспериментальное исследование критических магнитных полей и 5.

сравнить результаты теоретических расчётов и экспериментальных результатов для трёхслойных структур Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59.

Методы и средства исследования:

Поставленные задачи решались с помощью основополагающих моделей и методов физики твёрдого тела и физики сверхпроводимости, в частности, теории Гинзбурга Ландау и формализма Узаделя, теорий Буздина-Радовича, Йоксана, Прищепы описывающих критические магнитные поля многослойных сверхпроводящих систем.

Производство образцов осуществлялось на вакуумной модифицированной установке магнетронного распыления Z-400 фирмы Leybold AG. Низкотемпературные измерения выполнены на криостате “HelioxVT” Sorption Pumped 3He Insert “OXFORD Instruments”.



Для измерения критических магнитных полей использовался сверхпроводящий соленоид с магнитным полем до 17Т. Исследования низкотемпературных резистивных свойств образцов проведено на криостате растворения – “KelvinoxVT” 3He/4He dilution refrigerator system, “OXFORD Instruments”. Анализ состава образцов выполнен с помощью Резерфордовской спектроскопии обратного рассеяния альфа-частиц и Трансмиссионной Электронной Микроскопии высокого разрешения на просвечивающем электронном микроскопе модель JEM-2100F. Морфология поверхности образцов JEOL Ltd.

исследовалась с помощью атомного силового микроскопа (AFM) фирмы “VEECO Company”, модель – Dimension TM 3100.

Расчёты были проведены с помощью математических программных инструментов MatLab и Wolfram Mathematica 9, для работы с графиками и таблицами использованы программы Origin и Excel.

Научная новизна:

Обнаружено существенное увеличение (на 9-10 порядков) параметра Гинзбурга 1.

Леванюка в трёхслойных F/S/F структурах по сравнению с его оценочным значением для чистых массивных сверхпроводников (, что существенно увеличило уширение области критических флуктуаций и ширину резистивных переходов слоистых структур сверхпроводник-ферромагнетик до экспериментально наблюдаемых величин,.

Выполнены теоретические расчёты для критических магнитных полей слоистых 2.

структур ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик на основе формализма Узаделя, что позволило получить адекватное описание критических магнитных полей, количественно и качественно согласующееся с полученными экспериментальными данными.

Прояснен механизм влияния ферромагнетика на критические магнитные поля 3.

сверхпроводящих систем F/S/F. Показано, что слой ферромагнетика в системе Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59с увеличением его толщины существенно влияет на температурные зависимости критических магнитных полей перпендикулярной и параллельной по отношению к слоям ориентации, увеличивая их нелинейность и анизотропию по сравнению с критическими полями одиночных пленок ниобия.

В процессе работы была решена главная задача исследования: теоретически рассчитаны критические магнитные поля и сравнены с результатами эксперимента в трёхслойных наноструктурах ферромагнетик (сплав Cu41Ni59) – сверхпроводник (Nb) – ферромагнетик (сплав Cu41Ni59).

Практическая ценность работы:

Проведенные исследования критических магнитных полей в системе Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59 могут оказаться полезными в разработке спинового вентиля, предложенного Тагировым [1], а также для других задач сверхпроводниковой спинтроники. Изученные особенности поведения критических магнитных полей в трёхслойных наноструктурах ферромагнетик (сплав Cu41Ni59) – сверхпроводник (Nb) – ферромагнетик (сплав Cu41Ni59) делают эту слоистую систему очень перспективной и базисной для создания подобных устройств.

Основные положения, выносимые на защиту:

Доказано сильное влияние слоя ферромагнетика на сверхпроводник, приводящее к 1.

резкому увеличению области критических флуктуаций и существенному увеличению параметра Гинзбурга-Леванюка по сравнению со значением для массивного чистого сверхпроводника.

Выполнен теоретический расчёт критических магнитных полей с наилучшей 2.

аппроксимацией температурных зависимостей критических магнитных полей трехслойных наноструктур FSF на примере системы Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59, с использованием единого общего набора физических параметров.

Результаты теоретических расчётов критических магнитных полей параллельной и 3.

перпендикулярной ориентации в трёхслойных структурах ферромагнетик сверхпроводник-ферромагнетик (FSF) обнаружили существенно нелинейное поведение температурных зависимостей критических магнитных полей, отличающееся от базовой теории Буздина-Радовича.

Апробация работы:

Материалы по работе докладывались на следующих научно-технических конференциях:

Международная конференция Intern. Workshop “Interplay between Superconductivity 1.

and Magnetism at Nanometer Scale” – 2008, Салерно, Италия;

Международная конференция “International Conference on Magnetism – 2009”, 2.

Карлсруэ, Германия;

Международные конференции “NANO Symposium 2009, 2011”, Кишинев, Молдова;

3.

Международные конференции “The International Conference on Mathematics and 4.

Computer Science” в 2009 и 2011 гг., Кишинев, Молдова;

Национальные конференции “Conferina Fizicienilor din Moldova – CFM” в 2009 и 5.

2012 гг., Бэлць, Молдова;

Международная конференция “International Conference on Superconductivity and 6.

Magnetism – 2010” Анталия, Турция;

5-ая международные конференции “International Conference on Materials Science and 7.

Condensed Matter Physics” 2010, Кишинев, Молдова;

Международная конференция “International Conference on Nanotechnologies and 8.

Biomedical Engineering – 2011”, Кишинев, Молдова.

Публикации:

На основе проведенных исследований было опубликовано 32 работы, в том числе глава в монографии, 2 научных статьи в журналах, 29 трудов и тезисов на конференциях (из них 2 без соавторов). Публикации приведены в разделе “Список работ автора”.

Структура диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитированной литературы из 146 наименований. Работа содержит 128 страниц текста, 55 рисунков и таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Сверхпроводящее состояние, которое впервые наблюдал Heike Kamerlingh Onnes в 1911 году, характеризуется резким падением сопротивления при температуре, названной критической температурой материала [2,3]. Около полувека обнаруживались различные сверхпроводящие материалы, но объяснить на микроскопическом уровне все явления, наблюдаемые в сверхпроводниках, было очень трудно, за исключением ряда феноменологических теорий, например теории Гинзбурга-Ландау, которая описывала основные физические проявления сверхпроводимости.

Однако в 1957 году теория БКШ (BCS), разработанная Бардиным(John Bardeen), Купером(Leon Neil Cooper) и Шриффером(John Robert Schrieffer), стала первой успешной микроскопической теорией, в соответствии с которой, явление сверхпроводимости наблюдается при появлении притяжения электронов с энергиями, близкими к уровню Ферми. В результате электрон-фононного взаимодействия между решёткой и электронами, которое создает эффективное притяжение электронов и происходит образование связного состояния - куперовской пары [4]. В куперовской паре электроны разнесены на микроскопически большое расстояние порядка длины когерентности, которая меняется в зависимости от материала в широком диапазоне ( ). Так как все куперовские пары находятся в одном квантовом состоянии, то и вся система описывается единой волновой функцией, и сверхпроводимость – это макроскопическое квантовое когерентное явление.

Изучение критических магнитных полей, возникающих в сверхпроводниках, началось в шестидесятых годах прошлого века, начиная с теорий для однородных и изотропных сверхпроводников, развитых в работах Вертхамера-Хельфанда-Хоэнберга [5] (так называемая базовая теория WHH) и для тонких пластин в работе Тинкхама [6]. Для анизотропных слоистых сверхпроводников критические магнитные поля были изучены в теории Лоуренса-Дониака [7].

Ферромагнетиками являются вещества, обладающие спонтанной намагниченностью – состояние при котором, даже в отсутствии внешнего магнитного поля, намагниченность не равна 0. Металлический ферромагнетик представляется в виде кристалла, в узлах находятся ионы, обладающие спинами S или магнитными моментами, направленными в одну сторону. В таких кристаллах имеются нелокализованные спины электронов.

Между спинами электронов проводимости и локализованными спинами S существует обменное взаимодействие. При обменное взаимодействие стремится сориентировать спины электронов проводимости в том же направлении, что и локализованные спины, что служит проявлением ферромагнитного упорядочения. При – в противоположном направлении и проявляется антиферромагнитный характер упорядочения. Из-за этого в ферромагнетике наблюдается поляризация электронов проводимости, и зона проводимости расщепляется на 2 подзоны: с антипараллельной ориентацией спинов электронов в этих подзонах.

Состояния ферромагнетизма и сверхпроводимости (синглетной) являются взаимоисключающими из-за разной структуры упорядочения спинов электронов:

антипараллельного у ферромагнетиков и коллинеарного у сверхпроводников.

Куперовские пары разрушаются в ферромагнетике из-за того, что магнитное поле пытается развернуть спины в одну сторону. Поскольку энергия обменного взаимодействия между локализованными моментами и электронами проводимости в ферромагнетике превышает примерно в раз энергию связи электронов в куперовской паре, то и происходит мощное подавление сверхпроводимости ферромагнетизмом [8].

Но в слоистых системах сверхпроводник/ферромагнетик не наблюдается такого мощного подавления сверхпроводимости по следующим двум причинам. Первой причиной является пространственное разделение сверхпроводника и ферромагнетика, что уменьшает действие обменного поля на сверхпроводник. Кроме того, из-за обменного расщепления зоны проводимости ферромагнетика возникает ограничение квантово механической прозрачности границы раздела сверхпроводник/ферромагнетик - это является второй причиной [9].

Из-за эффекта близости сверхпроводник/ферромагнетик при фиксированной толщине сверхпроводника появляются осцилляции критической температуры, которые зависят от толщины ферромагнетика. И одной из причин таких осцилляций является реализация состояния, подобного состоянию Ларкина-Овчинникова-Фульде-Феррела (ЛОФФ - FFLO) предсказанного для массивного материала. Из-за жёсткого ограничения на величину обменной энергии магнитного упорядочения, условия существования стабильной ЛОФФ–сверхпроводимости в массивном материале трудно выполнимы [10,11].





Буздин и Радович предложили рассмотреть многослойную структуру [12], которая состоит из чередующихся слоев сверхпроводника и ферромагнетика. Проведя расчеты, было предсказано проявление различных ЛОФФ состояний в ферромагнетике, а также интересное поведение критических магнитных полей, отличное от однородных сверхпроводников [13]. Теоретические и экспериментальные исследование критических магнитных полей для слоистых структур были выполнены в ряде работ для слоев, состоящих из различных материалов (изолятор, нормальный металл, полупроводник, другой сверхпроводник) [14,15]. Для слоистых структур, состоящих из сверхпроводника и ферромагнетика, критические магнитные поля были изучены лишь в нескольких работах:

теоретической для трёхслойных систем [16] и экспериментальной для двухслойных систем [17]. Основная задача нашего исследования, таким образом, является восполнение недостающей информации о критических магнитных полях S/F-структур. Проведение теоретических исследований критических магнитных полей в трёхслойных структурах ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик и сравнение их с экспериментальными результатами является важной также для последующего инженерного применения в микроэлектронике.

Во введении кратко обосновывается актуальность исследований и их научная новизна, а также практическая значимость работы, сформулированы цели и задачи работы, а также средства и методы их исследования. Сформулированы цель исследования и основные положения, выносимые на защиту. Приведен список международных конференций, на которых были доложены результаты работы. Названы области науки и техники, в которых могут быть использованы полученные результаты.

В первой главе представлен краткий обзор основных литературных данных по сверхпроводящему состоянию и основных публикаций по критическим магнитным полям в сверхпроводящих структурах. Вместе с описанием однородного сверхпроводящего состояния (БКШ [4]), даются основные особенности поведения неоднородного сверхпроводящего состояния типа Ларкин-Овчинников-Фулде-Феррелл [10,11].

Приведен анализ возможных экспериментальных подходов для обнаружения подобного необычного сверхпроводящего состояния в ферромагнитном материале. Представлена модель Буздина-Радовича [12], в которой описывается идея о пространственном разделении сверхпроводящего материала и ферромагнетика и создании слоистой S/F структуры, в которой жесткое ограничение в теории ЛОФФ на величину обменного поля становится несущественным. Описаны различные теории исследований критических магнитных полей в однородных изотропных (теория Вертхамера-Хельфанда-Хоэнберга [5]) и анизотропных сверхпроводниках (теория Тинкхама [6]), а также для различных слоистых систем (теория Лоуренса-Дониака Рассматриваются особенности [7]).

критических магнитных полей в слоистых системах, такие как положительная кривизна и размерный кроссовер, а также приведены данные по исследованиям критических магнитных полей в слоистых системах для различных материалов, в частности, слоистых систем, включающих в себя слои ферромагнетика. На основе проведенного анализа сформулированы основные задачи работы, определен объект исследования.

Во второй главе описываются аппаратура и методики, использованные в работе.

В начале данного раздела приведено обсуждение свойств сверхпроводящего и ферромагнитного материалов, использованных в приготовлении трёхслойных структур и приведено описание полного цикла приготовления таких образцов.

В качестве сверхпроводящего материала был выбран ниобий как базовый элемент сверхпроводниковой спинтроники, критическая температура которого составляет 9.25 К [18], и который является удобным для исследования и практического применения. В качестве ферромагнитного материала был выбран сплав Ni, разбавленный Cu, для уменьшения температуры Кюри и, как следствия, уменьшения значения обменной энергии.

Для создания слоистых сверхпроводящих структур Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni использовался метод магнетронного напыления. Для обеспечения высокой степени однородности толщины напыляемой пленки ниобия вдоль протяженной подложки, длина которой составляла 70-80 мм [19], установка Z-400 фирмы Leibold, была оборудована специальным устройством перемещения мишени над столиком с подложками в процессе напыления. С помощью поворотного устройства распыляемые мишени диаметром 75 мм высокой чистоты (Nb 99.99%, Cu41Ni59 99.99%, Si 99.9999%) поочередно располагались над подложкой в процессе приготовления F/S/F структур [20]. В качестве подложки использовалась промышленная монокристаллическая кремниевая пластина кристаллографической ориентации плоскости (1 1 1) [21]. Напыленные структуры покрывались защитным слоем кремния (Рис. 1).

Для одновременного получения серии образцов в строго идентичных вакуумных условиях была применена специальная методика асимметричного напыления пленки ферромагнетика (сплава медь-никель). В вакуумной камере подложка с напыленным однородным по толщине слоем ниобия размещалась на напылительном столе, со смещением относительно оси симметрии ферромагнитной мишени медь-никель и, используя естественный градиент скорости распыления мишени, производилось напыление пленки ферромагнетика в форме «клина», имеющего переменную толщину по длине подложки, как показано на Рис. 1.

Рис. 1. Схематическое представление F/S/F образца с клинообразными слоями ферромагнетика, напыленными сверху и снизу и постоянного по толщине слоя сверхпроводника, как базовый элемент спинового вентиля.

На основе уже ранее разработанной технологии для двухслойных структур [20], нами была проведена ее оптимизация для применения данной технологии для производства трёхслойных структур, в частности решены проблемы инверсного напыления при напылении слоя сверхпроводника на слой ферромагнетика [22]. Именно использование точно рассчитанного буферного слоя кремния, позволило нам получить в паре сплав медь-никель и ниобий, такую же по резкости и чистоте границу, как и в паре, ниобий и сплав медь-никель.

Разработанная и оптимизированная вакуумная технология позволяет добиться воспроизводимого получения трёхслойных образцов со строго идентичными и контролируемыми параметрами, необходимых для сравнения результатов эксперимента с теоретическими расчётами.

Резистивные измерения образцов при низких Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni температурах, до 30мК, были проведены в автоматизированной установке «Kelvinox»

He/4He.

фирмы оснащенной криостатом растворения Oxford Instruments, Низкотемпературные измерения были выполнены на криостате “HelioxVT”. Для измерения критических магнитных полей использовался сверхпроводящий соленоид с магнитным полем до 17Т.

В третьей главе представлены результаты исследования элементного состава, морфологии и микроструктуры образцов слоев Nb и сплава Cu41Ni59. Для этого проводились экспериментальные исследования поверхностных, структурных и магнитных свойств образцов с помощью методов RBS, TEM, AES и анализов AFM и MFM для наноструктур Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59. Толщина слоев с прецизионной точностью и их элементный состав определялись с помощью спектроскопии обратного Резерфордовского рассеяния альфа-частиц (Рис. 2).

Рис. 2. a) RBS-спектр образца, представленного в следующем составе: Si-substrate/Si buffer/CuNi/Nb/CuNi/Si-Cap;

b) Результат оценки RBS спектра для толщин в трехслойных F/S/F структурах по всей полосе образцов.

По всей серии образцов наблюдается квазилинейное увеличение толщины ферромагнитных слоев от 1 до 48 нм, с отклонение от среднего значения не более 10%.

Толщина сверхпроводящего слоя ниобия почти всегда постоянна и равна около 15,5 нм.

Чистота границ между слоями определялась с помощью Трансмиссионной Электронной Микроскопии высокого разрешения, которая была проведена на микроскопе фирмы JEOL Ltd. модель JEM-2100F (Рис. 3).

Рис. 3. Поперечный срез образца F/S/F, полученного с помощью Трансмиссионной Электронной Микроскопии (TEM) в нормальном и высоком разрешении.

Хорошо видно чередование слоев: кремниевая подложка, буферный слой аморфного кремния, слой сплава никель-медь, слой ниобия, слой сплава никель-медь и защитный слой аморфного кремния. Видна чистая, четкая граница раздела между слоями.

Качество поверхности плёнок анализировалось с помощью атомного силового микроскопа и магнитного электронного микроскопа модели Dimension TM 3100, фирмы “Veeco Company” на предмет гладкости и однородности (Рис. 4).

Рис. 4. Результаты анализа с помощью MFM и AFM поверхности F/S/F образца.

Можно было наблюдать однородность плёнки и возможное наличие кластеров не больше 50-60 нм и говорит о высокой степени однородности образцов.

В четвёртой главе представлены результаты измерений резистивных переходов для различных значений магнитного поля в F/S/F структур (Рис. 5).

Величина критического магнитного поля для конкретной температуры бралась по середине резистивного перехода. Также видны чёткие чистые переходы, что говорит о высоком качестве образцов. Качество переходов позволяет определить их форму и, анализируя верхнюю часть перехода, можно получить значения для нормальной и флуктуационной проводимости [23].

Рис. 5. Резистивные переходы в магнитном поле, параллельное слоям образца.

Для определения величины нормальной проводимости использовалась методика определения в пределе бесконечного перпендикулярного магнитного поля - по отсечке на оси ординат значений при при полном подавлении флуктуаций [24].

Исходя из этих значений, можно получить значения для нормальной и избыточной или флуктуационной проводимости: и.

Используя значения для критического индекса, который зависит от размерности системы, а также общие формулы для флуктуационной проводимости и параметра Гинзбурга-Леванюка, мы можем представить отношение нормальной и флуктуационной проводимости в виде выражений:

для 2D сверхпроводника для 3D сверхпроводника.

Построив в логарифмическом масштабе отношение нормальной и флуктуационной (или избыточной) проводимости в зависимости от температуры, мы получили экспериментальное наблюдение двух и трёхмерных флуктуаций в трёхслойных образцах ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик (Рис. 6.), которые экспериментально показывают существенное увеличение параметра Гинзбурга-Леванюка на 10 порядков, из за влияния слоя ферромагнетика, по сравнению со значением для массивного чистого сверхпроводника.

Рис.6. Температурная зависимость и. Наклоны кривой, обозначенные стрелками, дают значение параметра Гинзбурга-Леванюка: a) для значений магнитного поля B=0 и B=0,05 T (2D-флуктуации);

b) для значений магнитного поля B=5,8 T (3D-флуктуации) Малые значения длины когерентности слоистой структуры сверхпроводник ферромагнетик по сравнению с длиной когерентности массивного ниобия обусловлено влиянием слоя ферромагнетика, добавляющего дополнительный канал рассеяния электронов, что уменьшает длину свободного пробега электронов и, как результат, уменьшает длину когерентности. Наличие слоя ферромагнетика, таким образом, приводит к увеличению флуктуаций в системе и резкому увеличению параметра Гинзбурга-Леванюка.

В пятой главе представлены теоретические расчёты критических магнитных полей для трёхслойных структур CuNi/Nb/CuNi и показана наилучшая аппроксимация их с результатами эксперимента (Рис. 7), что и является главным научным результатом данной работы [25].

Рис. 7. Критические магнитные поля перпендикулярной (а) и параллельной (b) ориентации для слоистых структур ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик – сравнение теоретических вычислений (сплошные линии) и экспериментальных результатов (точки) для различных толщин ферромагнитных слоев.

В обоих ферромагнитных и сверхпроводящем слое длина свободного пробега упругого электрона l намного меньше длины когерентности и соответственно (где - величина обменной энергии), то целесообразнее было бы использовать понятие “грязного предела“ (dirty limit) и применить уравнения Узаделя (Usadel) [26,27]. Также будем использовать тот факт, что при температурах достаточно близких к критической температуре, сверхпроводящий параметр порядка намного меньше, чем температура. В этом пределе можно привести уравнения Узаделя к линейному виду для аномальной квазиклассической функции Грина F и получим:

Будем использовать граничные условия Куприянова-Лукичева для аномальной функции Грина на границе сверхпроводник-ферромагнетик в непосредственной близости от критической температуры [28]:

Рассматривая обе ориентации магнитного поля относительного границы сверхпроводник-ферромагнетик, мы выберем калибровочный векторный потенциал для каждой ориентации. Применим анзац подход для сверхпроводящего параметра порядка и аномальной функции Грина в сверхпроводящем слое [29]:

с эффективными граничными условиями, физический смысл, которых таковой:

– при парная амплитуда подходит с нулевой производной к границе раздела и нет её разрыва.

– при появляется разрыв, который связан со спиновой поляризацией для того, чтобы куперовская пара перешла в ферромагнитный слой из сверхпроводника и нашла свободный уровень энергии.

Параметры – это величина воздействия на сверхпроводящий слой верхнего и нижнего ферромагнитного слоя соответственно. Их можно представить в виде:

Используя фундаментальный численный метод Фоминова-Щелкачева [30], введём функцию. Для решения уравнения в сверхпроводящем слое с эффективными граничными условиями проведём сшивание функции с пространственно зависимым параметром порядка и приведем нашу задачу к прямому решению интегрального уравнения для сверхпроводящего параметра порядка.

Используя преобразования Фурье, мы преобразуем интегральное уравнение к бесконечной системе линейных уравнений для определения его численных значений.

которую, применив частичное суммирование по Мацубарувским частотам, можно переписать в таком виде:

где – дигамма функция, а матричный элемент описывает силу эффекта близости в сверхпроводящем слое.

Критическое магнитное поле и совпадает с максимальным значением параметра H, представленное такой системой уравнений, которая имеет нетривиальное решение, графически представленное на Рис.7.

Анизотропия критических магнитных полей у исследованных нами трехслойных F/S/F структур существенно сильнее, чем у ранее изученных структур S/F/S. При этом резко отличается поведение температурных зависимостей перпендикулярных критических магнитных полей, которые существенно нелинейные для случая F/S/F и практически линейные для случаев S/F/S структур и в базовой теории Буздина-Радовича для многослойных S/F структур.

Для наилучшей аппроксимации квазиклассической теории и экспериментальных данных для перпендикулярного и параллельного магнитных полей, полученных для серии образцов с переменной толщиной ферромагнитного слоя, следует использовать единый общий набор физических параметров.

Полученные результаты теоретического и экспериментального исследования критических магнитных полей выделенного случая трехслойных F/S/F структур, базового элемента сверхпроводящего спинового вентиля, необходимо использовать при расчетах и проектировании логических переключающих элементов и цепей сверхпроводниковой спинтроники.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ Основной целью данной работы было теоретическое исследование критических магнитных полей в слоистых структурах ферромагнетик/сверхпроводник/ферромагнетик и сравнение результатов теоретического анализа с результатами экспериментальных измерений для последующего применения в инженерной области сверхпроводниковой спинтроники.

Для достижения главной цели работы были решены следующие задачи:

Оптимизирована технология приготовления сверхпроводящих наноструктур на основе вакуумного магнетронного напыления для приготовления трёхслойных структур ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик. Решена задача инверсного напыления слоя сверхпроводника поверх слоя ферромагнетика и слоя ферромагнетика поверх слоя сверхпроводника для создания необходимых F/S/F структур.

Исследования резистивных переходов трёхслойных структур F/S/F обнаружили существенное уширение области критических флуктуаций и резкое увеличение параметра Гинзбурга-Леванюка (на 10 порядков) по сравнению с его значением для однородного объёмного сверхпроводника.

Обнаружено обратимое изменение размерности структур ферромагнетик сверхпроводник-ферромагнетик под действием внешнего магнитного поля – от 2D в нулевом и слабых магнитных полях к 3D в сильных магнитных полях, обусловленное проявлением двух и трёхмерных флуктуаций в образцах.

Проведены теоретический анализ и расчёт для критических магнитных полей перпендикулярной и параллельной ориентаций в слоистых наноструктурах вида F/S/F и получена их наилучшая аппроксимация, используя единый общий набор параметров.

Результаты теоретических расчётов и экспериментальных исследований для критических магнитных полей параллельной и перпендикулярной ориентации в трёхслойных структурах F/S/F обнаружили существенно нелинейное поведение, отличающееся от базовой теории Буздина-Радовича.

Полученные результаты целесообразно использовать при расчетах, проектировании и изготовлении переключающего сверхпроводникового устройства спинтроники – спинового вентиля и других логических переключающих элементов и цепей сверхпроводниковой спинтроники, которые по сравнению с аналогичными устройствами на полупроводниках обладают существенными преимуществами – такими как высокое быстродействие ( Гигагерц) и отсутствие тепловыделения при работе.

БИБЛИОГРАФИЯ 1. Tagirov L.R. Low-field superconducting spin switch based on a superconductor ferromagnet multilayer. Phys. Rev. Lett., 1999, vol. 83, nr. 10, p. 2058-2061.

2. Kamerlingh H.Onnes. Further experiments with liquid helium. C. On the change of electric resistance of pure metals at very low temperatures, etc. Comm. Phys. Lab.

Univ. Leiden, 1911, no. 120b, p. 124.

3. Dirk van Delft and Kes P. The discovery of superconductivity. J. Physics Today, 2010, vol. 63, nr. 9, p. 38-44.

4. Bardeen J., Cooper L. N., Schrieffer J. R. Theory of Superconductivity. Phys. Rev., 1957, vol. 108, nr. 5, p. 1175-1204.

5. Werthamer N. R., Helfand E. and Hohenberg P. C. Temperature and purity dependence of the superconducting critical field Hc2. III. Electron spin and spin-orbit effects. Phys. Rev. 147, 1966, p. 295-302.

6. Tinkham M. Effect of Fluxoid Quantization on Transitions of Superconducting Films.

Phys. Rev. 129, 1963, p. 2413-2422.

7. Lawrence W.E., Doniach S. Kyoto, Japan: Proceedings of the Twelfth International Conference on Low Temperature Physics, 1970, September 4-10, p. 361-362.

8. Bulaevskii L.N., Buzdin A.I. et al. Coexistence of superconductivity and magnetism.

Theoretical predictions and exp. results. Adv. Phys., 1985, vol. 34, nr. 2, p. 175-261.

9. Lazar L., Westerhold K., Zabel H. et al. Superconductor/Ferromagnet proximity effect in Fe/Pb/Fe trilayers. Phys. Rev. B., 1999, vol. 59, nr. 22, p. 14659-14662.

Ларкин А.И., Овчинников Ю.Н. Неоднородное состояние сверхпроводников.

10.

ЖЭТФ, 1964, т.47, вып.3 (9), с.1136-1146.

11. Fulde P., Ferrel R.A. Superconductivity in a strong spin-exchange field. Phys. Rev., 1964, vol. 135, nr. 3A, p. A550-A563.

12. Radovi Z., Buzdin A. I., et al. Transition temperature of superconductor-ferromagnet superlattices. Phys. Rev. B, 1991, vol. 44, p. 759-764.

13. Radovi Z., Buzdin A. I., et al. Upper critical fields of superconductor-ferromagnet multilayers. Phys. Rev. B, 1988, vol. 38, p. 2388-2393.

14. Jin B.Y., Ketterson J.B. Artificially metallic superlattices. Adv. Phys., 1989, vol. 38, nr. 4, p. 189-366.

15. Takahashi S. and Tachiki M. Theory of the upper critical field of superconducting superlattices. Phys. Rev. B, 1986, vol. 33, p. 4620-4631.

16. Krunavakarn B., Yoksan S. Upper critical fields of ferromagnet/superconductor layered structures. Physica C: Supercond., 2006 July, vol. 440, nr. 1-2, p. 25-34.

17. Prischepa S. L., Attanasio C, et al. Upper critical fields and interface transparency in S/F bilayers. Phys. Rev. B, 2007, vol. 76, nr. 2, p. 024515-024521.

Кипер Р. А. Свойства веществ: справочник. Том 1. Изд. Хабаровск, 2009, 18.

Хабаровск, Россия, 388 рр.

Sidorenko A., Zdravkov V., Morari R. Dispozitiv de obinere a peliculelor 19.

supraconductoare. Brevet de invenie №175 Z 2010.03.31, Cerere de brevet a 20080058 din 2008.02.25, Cl.Int. H 01 L 21/00.

20. Morari R. The method of magnetron sputtering of structures F/S/F and F/S/F/AF type.

Creating of set of heterostructures with identical parameters, and variable thickness of individual layers. NANO-2011, Chisinau, Moldova, 6-9 July 2011, p. 28- Елманов Г. Н., Залужный А. Г., Скрытный В. И., Смирнов Е. А., Яльцев В. Н..

21.

Физическое материаловедение, Том 1, Изд. МИФИ, 2007, p. 22. Antropov E., Morari R., Zdravkov V., Sidorenko A. Nanolayers with advanced properties for superconducting spintronics. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, 2013, vol. 7, nr. 7, p. 678-680.

23. Antropov E. Change of the effective dimensionality of CuNi/Nb/CuNi trilayer in an external magnetic field. Moldova, Chisinau, NANO-2011, 6 –10 October, p. 58.

24. Sidorenko A. S., Tagirov L. R., Zdravkov V. I., et al. Fluctuation Conductivity in Superconducting MgB2. JETP Letters, 2002, vol. 76, nr. 1, p. 17–20.

25. Antropov E., Kalenkov M. S., Sidorenko A. S., et al. Experimental and theoretical analysis of the upper critical field in ferromagnet-superconductor-ferromagnet trilayers. Superconductor Science and Technology 2013, vol. 26, p. 085003-085012.

26. Usadel K. The diffusion approximation for superconducting alloys. Phys. Rev. Lett.

1970, vol. 25, p. 507-510.

Belzig W., Wilhelm F.K., Zaikin A.D., et al. Quasiclassical Green‘s function approach 27.

to mesoscopie superconductivity. Superlatt. Microstruct., 1999, vol. 25, p. 1251-1288.

28. Kuprianov M. Yu. and Lukichev V.F. Influence of boundary transparency on the critical current of "dirty" SS'S structures. Zh. Eksp. Teor. Fiz, 1988, vol.94, p.139-149.

Radovi Z., Ledvij M. and Dobrosavljevi-Gruji Lj. Phase diagram of 29.

superconductor-ferromagnet superlattices. Solid State Commun., 1991, vol. 80, p. 43.

30. Fominov Ya. V., Chtchelkatchev N.M. and A.A. Golubov. Nonmonotonic critical temperature in S/F bilayers. Phys. Rev. B, 2002, vol. 66, p. 014507-014520.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА Главы в о ографиях:

1. Sidorenko A.S., Zdravkov V.I., Kehrle J., Morari R., Antropov E., Obermeier G., Gsell S., Schreck M., Mller C., Ryazanov V.V., Horn S., Tidecks R., Tagirov L.R. Extinction and Recovery of Superconductivity by Interference in Superconductor/Ferromagnet Bilayers. In book: Nanoscale Phenomena – Fundamentals and Applications. Ed. by H. Hahn, A. Sidorenko, I. Tiginyanu.

Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg ©, 2009, p. 3-11.

Статьи в жур алах с и пакт-факторо :

2. Morari R., Zdravkov V., Antropov E., Sidorenko A. Nanolayers with advanced properties for superconducting spintronics. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics 2013, vol. 7, nr. 1-3, p. 678-680.

3. Antropov E., Kalenkov M. S., Kehrle J., Zdravkov V. I., Morari R., Lenk D., Socrovisciuc A., Horn S., Tagirov L. R., Zaikin A. D., Sidorenko A. S., Horst Hahn, Tidecks R. Experimental and theoretical analysis of the upper critical field in ferromagnet-superconductor-ferromagnet trilayers. Superconductor Science and Technology 2013, vol. 26, p. 085003-085012.

Статьи в трудах ко фере ций:

4. Kehrle J., Zdravkov V., Morari R., Prepelitsa A., Antropov E., Wixforth A., Horn S., Tidecks R., Sidorenko A. Change of the effective dimensionality of superconducting Nb/CuNi bilayers in an external magnetic field. Italy, Salerno: Proceedings of International Workshop “Interplay between Superconductivity and Magnetism at Nanometer Scale”, 2008, p.24.

5. Zdravkov V., Morari R., Antropov E., Prepelitsa A., Socrovisciuc A., Sidorenko A.

Nanolayers with advanced properties for superconducting spintronics. Chisinau:

Proceedings of the International Conference ICT+ “Information and Communication Tehnologies – 2009”, 18-21 May 2009, p. 49 – 53.

6. Socrovischiuc A., Prepelitsa A., Cojocaru V., Surdu A., Antropov E., Morari R., Banduryan B., Bazaleev M., Klepikov V., Lytvynenko V., Sidorenko A. Infrared system for control of postoffice messages. Moldova, Chisinau: Proceedings of the 6th International Conference on Microelectronics and Computer Science ICMCS-2009.

October 1-4, 2009, p. 33 – 34.

7. Zdravkov V., Morari R., Antropov E., Prepelitsa A., Socrovischiuc A., Surdu A., Cojocaru V., Sidorenko A. High quality Nb and Nb/CuNi nanolayers for superconducting spintronics. Moldova, Chisinau: Proceedings of the 6th International Conference on Microelectronics and Computer Science ICMCS-2009. October 1-4, 2009, p. 154 – 155.

8. Morari R., Zdravkov V., Antropov E., Socrovischiuc A., Prepelitsa A., Tagirov L.R., Kupryanov Mu.Yu., Sidorenko A. Nonmonotonic behaviour of superconducting critical tempereture of Nb/CuNi bilayers with a nanometer range of layer thickness. In:

Proceedings of the 6th International Conference on Microelectronics and Computer Science ICMCS-2009. Chisinau, Republic of Moldova, October 1-4 2009, p. 160 – 162.

9. Zdravkov V., Morari R., Prepelitsa A., Antropov E., Socrovischiuc A., Sidorenko A.S. Nanolayers with advanced properties for superconducting spintronics. Republic of Moldova, Chisinau: Proceedings of the International Conference “Information and Communication Technologies – 2009”, 2009, p. 90-93.

Sidorenko A., Zdravkov V., Morari R., Antropov E., Kehrle J., Obermeier G., Mller 10.

C., Ryazanov V.V., Horn S., Tidecks R., Kupriyanov M., Tagirov L.R. Re-entrant superconductivity in SF-hybrids. Turkey, Antalya: Proceedings of the International Conference on Superconductivity and Magnetism ICSM-2010, 25-30 April, 2010, p.

637.

11. Zdravkov V., Tagirov L., Morari R., Prepelita A., Antropov E., Sidorenko A.

Thickness adjustment of superconducting and ferromagnet layers in superconducting spin – switch based on proximity effect. Moldova, Chisinau: Proceedings of the 3rd International Conference „Telecommunications, Electronics and Informatics”, May - 23, 2010, vol. 1, p. 306-308.

12. Sidorenko A., Socrovischiuc A., Prepelitsa A., Surdu A., Antropov E., Morari R., Zasavitsky E., Banduryan B., Bazaleev M., Klepikov V., Lytvynenko V. Infrared system for control of postoffice messages. Moldova, Chisinau: Proceedings of NATO Advanced Study Institute, 7-17 June 2010, p. 16.

13. Sidorenko A., Zdravkov V., Morari R., Antropov E., Prepelita A., and Tagirov L.

Superconducting spin switch based on proximity effect for spintronics. Romania, Iasi:

Proceedings of the 6th European Conference on Intelligent Systems and Technologies ECIT 2010, October 7-9, 2010, (5pp.) 14. Kehrle J., Zdravkov V., Mller C., Obermeier G., Schreck M., Gsell S., Horn S., Tidecks R., Morari R., Prepelitsa A., Antropov E., Socrovisciuc A., Nold E., Tagirov L., Sidorenko A. Superconducting spin switch based on superconductor-ferromagnet nanostructures for spintronics. In: International Conference on Nanotechnologies and Biomedical Engineering. Moldova, Chisinau: Proceedings in German-Moldovan Workshop on Novel Nanomaterials for Electronic, Photonic and Biomedical Applications. July 7-8, 2011, p. 173-175.

15. Morari R., Kehrle J., Zdravkov V., Antropov E., Prepelitsa A., Socrovisciuc A., Obermeier G., Mller C., Horn S., Tagirov L., Tidecks R., Sidorenko A.

Microstructure of Nb/CuNi nanostructures. Moldova,: Proceedings of the 7th International Conference on “Microelectronics and Computer Science”, September 22 24, 2011, p. 144-145.

Zdravkov V.I., Obermeier G., Garcia-garcia J., Kehrle J., Ullrich A., Mller C., 16.

Morari R., Antropov E., Horn S., Tagirov L.R., Tidecks R., Sidorenko A.S.

Superconducting critical temperature reentrance in F/S/F three-layered structures based on Nb and Cu41Ni59 alloy. Moldova, Chisinau: Proceedings in the 4th International Conference on Telecomunications, Electronics and Informatics, May 17 20, 2012., vol. 1, p.222-226.

Тезисы а ко фере циях:

Mller C., Wixforth A., Horn S., Tidecks R., Sidorenko A., Kehrle Jan-Michael, 17.

Zdravkov V., Obermeier G., Morari R., Antropov E., Prepelitsa A. 2D-3D behaviour in superconducting Nb/CuNi bilayers in a magnetic field. Germany, Dresden: 73th Annual Meeting of the DPG and DPG Spring Meeting. 22-27 March 2009, TT 32. 18. Kehrle J. M., Zdravkov V. I., Morari R., Prepelitsa A., Antropov E., Socrovishiuc A., Mller C., Wixforth A., Horn S., Tidecks R., Tagirov L. R., Sidorenko A. S. Change of the effective dimensionality of a superconductor/ferromagnet bilayer in a magnetic field. Germany, Karlsruhe: The International Conference on Magnetism – ICM 2009, July 26-31, 2009. Abstracts p.79.

19. Kehrle J., Zdravkov V., Morari R., Prepelitsa A., Antropov E., Wixforth A., Horn S., Tidecks R., Sidorenko A. Effective dimensionality of Nb/CuNi bilayer in strong magnetic field. Moldova, Chisinau: Humboldt Kolleg & Symposium “NANO-2009”, September 17-20, 2009,

Abstract

Book p. 32.

20. Morari R., Zdravkov V.I., Antropov E., Awawdeh A., Prepelita A., Tagirov L.R., Kupriyanov M.Y., Sidorenko A.S. Non monotonic behaviour of superconducting critical temperature of Nb/CuNi films with a nanometer range of layer thickness.

Moldova, Bli: Tezele comunicrilor la Conferina tiinific internaional:

Proprietile fizice ale substanelor n diverse stri. 6-10 Octombrie 2009, p.65.

21. Sidorenko A.S., Zdravkov V., Morari R., Antropov E., Prepelitsa A., Kehrle J., Obermaier G., Mller C., Horn S., Ryazanov V.V., Kupriyanov M., Tagirov L.R. and Tidecks R. Double re-entrant superconductivity in SF-hybrids. Russia, Chernogolovka: I.F.Schegolev Memorial Conference “Low – Dimensional Metallic and Superconducting Systems”, October 11-16, 2009, Abstract Book p. 30.

22. Morari R., Zdravkov V.I., Antropov E., Awawdeh A., Prepelita A., Tagirov L.R., Kupriyanov M.Yu., Sidorenko A.S. Non monotonic behavior of superconduction critical temperature of Nb/CuNi films with a nanometer range of layer thickness.

Moldova, Chisinau: Conferina Fizicienilor din Moldova CFM-2009, November 26 27, 2009, Abstract Book p. 85-87.

Sidоrеnkо A., Soсrovisсhiuс A., Prеpelitsa A., Surdu A., Antropov E., Мorari R., 23.

Zasavitsky E., Bandurуan B., Bazaleev M., Klepikov V., Lytvynenko V. Infrared system for control of postoffice messages. Moldova, Chisinau: International Conference “Technological innovations in detection and sensing of chemical biological radiological nuclear (CBRN) threats and ecological terrorism”. 7-17 June 2010, Abstract Book p. 83.

24. Kehrle J., Zdravkov V.I., Morari R., Antropov E., Prepelita A., Socrovischiuc A., Obermaier G., Mller C., Horn S., Tagirov L., Tidecks R., Sidorenko A.

Microstructures of CuNi layers in Nb/CuNi hybrids: HRTEM study. Moldova, Chisinau: 5th Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics MSCMP 2010. September 13-17, 2010, Abstract Book p.128.

25. Kehrle J.-M., Zdravkov V.I., Morari R., Prepelita A., Antropov E., Socrovischiuc A., Mller C., Wixforth A., Horn S., Tidecks R., Tagirov L. R., Sidorenko A. Crossover of the dimensionality of superconductor/ferromagnet bilayer in magnetic field.

Moldova, Chisinau: 5th Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics MSCMP 2010. September 13-17, 2010, Abstract Book p.171.

Kehrle J., Zdravkov V., Mller C., Obermeier G., Schreck M., Gsell S., Horn S., 26.

Tidecks R., Morari R., Prepelitsa A., Antropov E., Socrovisciuc A., Tagirov L., Sidorenko A. Variation of the superconducting coherence length in Superconductor/Ferromagnet bilayers. Moldova, Chisinau: International Conference NANO-2011 “Cooperation and Networking of Universities and Research Institutes – study by doing research”, 6-10 October 2011, Program Abstract Book, p. 22.

27. Prepelita A., Zdravkov V., Morari R., Socrovisciuc A., Antropov E., Sidorenko A.

Nanolayers with advanced properties for superconducting nanoelectronics. Moldova, Chisinau: International Conference NANO-2011 “Cooperation and Networking of Universities and Research Institutes – study by doing research”, 6 –10 October 2011, Program Abstract Book, p. 42.

28. Antropov E. Change of the effective dimensionality of CuNi/Nb/CuNi trilayer in an external magnetic field. Moldova, Chisinau: International Conference NANO- “Cooperation and Networking of Universities and Research Institutes – study by doing research”, 6 –10 October 2011, Program Abstract Book p. 58.

Zdravkov V. I., Obermeier G., Garcia-garcia J., Kehrle J., Ullrich A., Mller C., 29.

Morari R., Antropov E., Horn S., Tagirov L. R., Tidecks R., Sidorenko A. S. Quasi one dimensional FFLO-like state in three-layered structures based on Nb and Cu41Ni alloy. Moldova, Chisinau: 6th Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics MSCMP-2012, September 11-16, 2012, Abstract Book, p 221.

Антропов Евгений. Верхнее критическое магнитное поле в трехслойных 30.

структурах ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик (FSF). Republic of Moldova, Balti: Conferina Fizicienilor din Moldova CFM-2012, October 22-23, 2012. Abstract Book p.108-109.

31. Cojuhar V., Zdravkov V. I., Morari R., Obermeier G., Garcia-garcia J., Kehrle J., Ullrich A., Mller C., Antropov E., Horn S., Tagirov L. R., Tidecks R., Sidorenko A.

S., The re-entrant behavior of superconductivity in superconducting three-layered structures based on Nb and Cu41Ni59 alloy. Republic of Moldova, Balti: Conferina Fizicienilor din Moldova CFM-2012, October 22-23, 2012. Abstract Book p. 22-23.

Morari R., Zdravkov V. I., Obermeier G., Garcia-garcia J., Ullrich A., Mller C., 32.

Antropov E., Horn S., Tagirov L. R., Tidecks R., Sidorenko A. S. Quasi-one dimensional FFLO-like superconducting state in two- and three-layered structures based on Nb and Cu41Ni59 alloy. Republic of Moldova, Balti: Conferina Fizicienilor din Moldova CFM-2012, October 22-23, 2012. Abstract Book p. 14.

АННОТАЦИЯ Фамилия, имя автора: Антропов Евгений.

Название диссертации: Критические магнитные поля сверхпроводящих наноструктур на основе ниобия и сплава медь-никель.

Соискание ученой степени доктора физико-математических наук.

Место защиты: г. Кишинэу, Республика Молдова.

Год представления диссертации: 2013.

Структура диссертации: введение, пять глав, заключение, библиография – источников. Работа содержит 128 страниц текста, 55 рисунков и 3 таблицы.

Количество публикаций по теме: полученные результаты опубликованы в работах: одной монографии, в 2 научных статьях рецензируемых журналов, а также в трудах и тезисах конференций, из них 2 без соавторов.

Ключевые слова: сверхпроводник, многослойные наноструктуры, критические магнитные поля, область критических флуктуаций, размерный кроссовер, параметр Гинзбурга-Леванюка, спинтроника.

Область исследования: сверхпроводимость в гибридных структурах, спинтроника.

Цель данной работы: теоретическое исследование критических магнитных полей в трёхслойных наноструктурах ферромагнетик-сверхпроводник-ферромагнетик и сравнение с экспериментальными данными для последующего применения полученных результатов в инженерной области сверхпроводниковой спинтроники.

Задачи исследования: разработать оптимальную вакуумную технологию магнетронного напыления для получения слоистых систем F/S/F с воспроизводимыми и строго контролируемыми параметрами;

исследовать элементный состав, морфологию и микроструктуру слоев сверхпроводника и ферромагнетика с целью оптимизации параметров;

на основе исследования резистивных переходов образцов F/S/F изучить термодинамические флуктуации сверхпроводящего параметра порядка, ширину критической области и изменение параметра Гинзбурга-Леванюка;

провести теоретический расчёт критических магнитных полей для трёхслойных наноструктур F/S/F;

провести экспериментальное исследование критических магнитных полей и сравнить результаты теоретических расчётов и экспериментальных результатов для трёхслойных наноструктур Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59.

Научная новизна и оригинальность настоящего исследования состоит в следующем: обнаружено существенное увеличение (на 9-10 порядков) параметра Гинзбурга-Леванюка в трёхслойных F/S/F наноструктурах. Выполненные теоретические расчёты для критических магнитных полей слоистых наноструктур F/S/F позволили получить их адекватное описание, количественно и качественно согласующееся с полученными экспериментальными данными. Показано, что слой ферромагнетика в наносистеме Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59 с увеличением его толщины существенно влияет на температурные зависимости критических магнитных полей перпендикулярной и параллельной по отношению к слоям ориентации, увеличивая их нелинейность и анизотропию по сравнению с критическими полями одиночных пленок ниобия.

В процессе работы была решена главная научно-техническая задача:

теоретически рассчитаны критические магнитные поля и сравнены с результатами эксперимента в трёхслойных наноструктурах ферромагнетик (сплав Cu41Ni59) – сверхпроводник (Nb) – ферромагнетик (сплав Cu41Ni59).

Практическая значимость работы состоит в следующем: полученные результаты могут оказаться полезными в разработке спинового вентиля, предложенного Ленаром Тагировым, а также для других задач сверхпроводниковой спинтроники.

ADNOTARE Numele de familie, prenumele autorului: Antropov Evgheni.

Titlul tezei: Cmpuri magnetice critice n nanostructuri supraconductoare pe baz de Niobiu i aliaj de Cupru-Nickel.

Gradul tiinific solicitat: doctor n tiine fizico-matematice.

Localitatea: or. Chiinu, Republica Moldova.

Anul perfectrii tezei: 2013.

Structura tezei: Teza de doctor const din introducere, cinci capitole, concluzii, lista literaturii citate, cu 146 referine. Lucrarea are 128 pagini de text, 55 figuri i 3 tabele.

Numrul de publicaii le tem: n baza cercetrilor efectuate au fost publicate 32 de lucrri, inclusiv un capitol n monografie, 2 articole tiinifice n reviste cu factor de impact, rezumate la conferine, 2 dintre care fr coautori.

Cuvinte cheie: supraconductor, nanostructuri stratificate, сmpuri magnetice critice, domeniul fluctuaiilor critice, crossover dimensional, parametrul Ginzburg-Levanyuk, spintronic.

Domeniul de cercetare: Supraconductibilitatea n structuri hibride, spintronica.

Scopul lucrrii tiinifice: Studiul teoretic al cmpurilor magnetice critice n nanostructuri stratificate feromagnet/supraconductor/feromagnet i compararea rezultatelor obinute cu datele experimentale pentru utilizarea lor ulterioar n domeniul ingeneresc al spintronicii supraconductoare.

Obiectivele studiului: elaborarea unei tehnologii optime de depunere magnetron n vid pentru fabricarea straturilor cu parametrii reproductibili i strict controlai i obinerea nanostructurilor stratificate feromagnet/supraconductor/feromagnet;

investigarea compoziiei elementare, morfologiei i microstructurii straturilor de supraconductor i feromagnet cu scopul optimizrii parametrilor;

n studiul tranziiilor rezistive nanostructurile feromagnet/supraconductor/feromagnet, analiza fluctuaiilor termodinamice ale parametrului de ordine supraconductor, limea domeniului fluctuaiilor critice i schimbarea parametrului Ginzburg-Levanyuk;

efectuarea calculului teoretic al cmpurilor magnetice critice n nanostructuri stratificate feromagnet/supraconductor/feromagnet;

efectuarea cercetrilor experimentale ale cmpurilor magnetice critice pentru nanostructurile stratificate Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59 i compararea rezultatelor calcurilelor teoretice cu datele experimentale.

Noutatea tiinific i originalitatea rezultatelor obinute: S-a depistat o cretere semnificativ (de 9-10 ori) a parametrului Ginzburg-Levanyuk n nanostructurile stratificate F/S/F. A fost evideniat clarificat mecanismul de influen a feromagnetului asupra cmpurilor magnetice critice n nanosistemele supraconductoare F/S/F, s-a demonstrat, c creterea grosimii stratului de material feromagnetic n nanosistemul Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59 influeneaz semnificativ dependena de temperatur a cmpurilor magnetice critice perpendiculare i paralele faa de straturi, crescnd neliniaritatea i anizotropia lor n comparaie cu cmpurile magnetice critice n straturilor subiri de niobiu.

Principala problem tiinific i tehnic rezolvat: au fost efectuate calculele teoretice ale cmpurilor magnetice critice n nanostructurile stratificate feromagnet (aliajul Cu41Ni59) – supraconductor (Nb) – feromagnet (aliajul Cu41Ni59) cu scopul compararrii lor cu resultatele experimentale pentru aceste nanostructuri stratificate.

Valoarea practic: Rezultatele obinute pot servi la proiectarea i elaborarea valvei de spin, propus de Lenar Tagirov, precum i pentru alte probleme ale spintronicii supraconductoare.

SUMMARY Name, Surname: Evgheni Antropov Thesis title: The critical magnetic fields of superconducting nanostructures based on Nb and Cu-Ni – alloy layers Academic degree: doctor of the physical and mathematical sciences Place: Chisinau, Moldova Year of presentation: Dissertation contents: introduction, five chapters, general conclusions and recommendations, bibliography – 146 references. The work contains 128 pages of the main part, 55 figures and 3 tables.

Number of publications: the obtained results are presented in 32 scientific papers.

Key words: superconductor, thin films, the critical magnetic fields, the width of the region of critical fluctuations, dimensional crossover, the Ginzburg-Levanyuk criterion, spintronics.

Field of research: superconductivity in hybrid structures, spintronics.

The aim of the work: theoretical study of the critical magnetic fields in three-layered nanostructures of the ferromagnet-superconductor-ferromagnet and comparison with experimental data for the subsequent application of the obtained results in the engineering field of superconducting spintronics.

The scientific originality of the research consists in: An original vacuum technology of magnetron sputtering is optimized for preparation of high quality nanostructures ferromagnet/superconductor/ferromagnet, which allows to produce a series of superconducting structures with variable thickness of the ferromagnet layers and strictly identical and controllable parameters in a single cycle of deposition;

based on studies of resistive transitions in ferromagnet/superconductor/ferromagnet samples need to study the thermodynamic fluctuations of the superconducting order parameter, the width of the critical region and the change of the Ginzburg-Levanyuk criterion;

execute the theoretical calculation of the critical magnetic fields for the three-layered nanostructures of the ferromagnet-superconductor-ferromagnet and compare them with experimental data in three-layered nanostructures Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni In frame of this work the main scientific and technical problem was resolved: found a significant increase (by 9-10 orders) of the Ginzburg-Levanyuk criterion in three-layered F/S/F nanostructures in compare with value for pure bulk superconductors, which significantly increased the broadening of the critical fluctuations and the width of the resistive transition of layered superconductor-ferromagnet structures to the experimentally observed values, ;

performed theoretical calculations for the critical magnetic fields of layered nanostructures ferromagnet-superconductor-ferromagnet based on Usadel formalism, which provided an adequate description of the critical magnetic fields, which is in agreement with experimental data;

increasing of thickness of ferromagnet layer in system Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59 substantially affect on the temperature dependence of the critical magnetic fields in perpendicular and parallel orientation and increase the non-linearity and their anisotropy in compare with the critical magnetic fields of single niobium films.

The practical importance of the research consists in: The studies of the critical magnetic fields in the system Cu41Ni59/Nb/Cu41Ni59 may be useful in the development of spin valve, proposed by Lenar Tagirov, and for other tasks in superconducting spintronics. Learned behaviors of the critical magnetic fields in three-layered nanostructures ferromagnet (alloy Cu41Ni59) – superconductor (Nb) – ferromagnet (alloy Cu41Ni59) make similar layered system as the base for the creation of such devices.

АНТРОПОВ ЕВГЕНИЙ ИГОРЕВИЧ КРИТИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ НИОБИЯ И СПЛАВА МЕДЬ-НИКЕЛЬ 01.04.07 Физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико математических наук Подписано в печать: 01.08.2013 Формат бумаги: 60х84 1/ Бумага стандартная. Печать лазерная Тираж: 20 экземпляров Условия печати: 1.0 Заказ № Отпечатано в Институте Электронной Инженерии и Нанотехнологий АН ул. Академическая, 3/3, MD -2028, Кишинэу, Р.Молдова.

ACADEMIA DE TIINE A MOLDOVEI INSTITUTUL DE INGINERIE ELECTRONICA I NANOTEHNOLOGII “D. GHIU” Cu titlu de manuscris CZU: 537.312. ANTROPOV EVGHENI CMPURI MAGNETICE CRITICE N NANOSTRUCTURI SUPRACONDUCTOARE PE BAZ DE NIOBIU I ALIAJ CUPRU-NICHEL 01.04.07 FIZICA STRII CONDENSATE Autoreferatul tezei de doctor n tiine fizico-matematice CHIINU,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.