Карта слоистой структуры в зависимости от спектров, полученных сканирующей туннельной микроскопией.

Черные и фиолетовые области соответствуют чистому металлу и сверхпроводнику,

темно-синие и красные — слоистой структуре с триплетными состояниями.

Изображение: A. Di Bernardo et al. / Nature Communications, 2015

Физики из Университетов Кембриджа, Констанца (Германия) и Норвежского Научно-Технологического Института впервые напрямую показали существование триплетных состояний куперовских пар на границах сверхпроводник-ферромагнетик. Такие состояния могут открыть возможности для создания спинтронных устройств, работающих без потерь сигнала. Исследование опубликовано в журналеNature Communications, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Констанца (немецкий).

Главная теория, описывающая явление сверхпроводимости, — теория Бардина-Купера-Шриффера — объясняет течение тока без потерь образованием так называемых куперовских пар. Это особые связанные состояния, в которых два электрона обладают противоположными импульсами и спинами. Они называются спин-синглетными.

Главной особенностью ферромагнетиков же является сонаправленность спинов внешних электронов. То есть на границе этих двух материалов возникает несоответствие между «желаемыми» состояниями. Для этих областей теоретически предсказано существование состояний с большей энергией. Такие состояния носят название спин-триплетных, спины в них могут быть противоположно направленными (тогда суммарный спин пары остается нулевым), либо сонаправленными (спин равен +/-1).

Авторы работы поставили эксперимент, целью которого как раз и было наблюдение триплетных состояний. Для этого на сапфире вырастили многослойную структуру, состоявшую из тонкого слоя ниобия (6,5 нанометров толщиной), поверх которого был нанесен слой гольмия (9,5 нанометров) — ферромагнетика с неравномерной намагниченностью, поверх которого вновь был нанесен слой сверхпроводящего ниобия(20 нанометров). Исследовался контакт между двумя верхними слоями, нижний слой ниобия выполнял вспомогательную роль. Физики исследовали этот «сендвич», охлажденный до 290 милликельвинов, с помощью методов сканирующей туннельной микроскопии.

Строение предложенной слоистой структуры

Источник