Электронные явления на границах раздела в анизотропных сверхпроводящих структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.22 ВАК РФ

надюнальна академы наук укра1ни

г , ;лнститут метал0ф13жи

На правах рукопису

удк 537.312.62

с

ШЛАПАК Юрш Володимирович

електроннг явища на границях роздшу в ашзотропних надпров1днжових структурах

01.04.22 - надпровщшсть

Автореферат Дисертаци на здобутгя наукового ступеня кандидата ф!зико-математичних наук

кшв — 2000

Дисертацш е рукопис.

Робота виконана в 1нституп металоф1зики HAH Украши.

HayKOßi кертники: доктор ф!зико-математичних наук, професор РУДЕНКО Едуард Михайлович, завщуючий вщдшом 1МФ HAH Украши

Офщшш опоненти: доктор ф!зико-математичних наук Прохоров Валерш Георпевич, провщ. наук. сп. 1МФ HAH Украши

Провщна установа: 1нститут физики HAH Украши.

Захист вщбудеться «1» листопада 2000 р. о_

на засщанш спещагизованоУ вчено'1 ради Д 26.168.02 при 1нституп металоф^зики iM. Г. В. Курдюмова HAH Украши за адресою: 03680, м. Кшв-142, бульв. Вернадського, 36.

3 дисертащею можна ознайомитися в бхблютещ 1нституту Металоф^зики iM. Г. В. Курдюмова HAH Украши.

Автореферат роз1слано «26» вересня 2000 р.

Вчений секретар

кандидат ф1зико-математичних наук Касаткш Олександр Леонщович, докторант 1МФ HAH Украши

кандидат ф1зико-математичних наук Белоголовський Михайло Олександрович, ст. наук. сп. Дон.ФТ! HAH Украши

спещал13овано1 вчено1 ради, кандидат ф1з.-мат. наук

Сизова Т. Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. Елекгронш явшца, котр1 вщбуваються на границах роздшу в електронних системах з макроскогпчною квантовою когерентшстю (в меггалевих та тунельних контактах, границах роздшу фаз, доменних границях, мгазеренних та двшникових границях в надпровщниках), грають важливу роль при протканш струму в таких системах та пристроях, створених на к осшда, а також в ефекгах, що при цьому виникають. Подабш явища, до числа яких належать тунелювання та Андрпвське вщбивання кваз1частинок в надпровщниках та сл01стих структурах, досшъ добре вивчеш для звичайних (низькотемпературних) надпровщниюв. У той же час щ питания зараз е дуже акгуальними для високотемператур-них надпровщниюв (В ТИП) I активно розроблюютъся у багатьох наукових колективах з урахуванням особливосгей ВТНП-сполук, таких як сло'кгга структура ВТНП, <1-симегр1я параметру порядку, тощо.

Сучасна наука I техшка водводшъ значне м!сце процесам кантово-мехашчного тунелювання електрошв через тоню Д1електрич-ш бар'ери на контакп двох провщниюв та приладам, що створеш на його основ1. Як добре вщомо, при тунелюванш електрошв через тунельний контакт двох надпровщниюв виникае ефект Джозефсона, котрий, саме, е основою вай' надпровщниково! електрошки. На основ! цього ефекту ще в 60--П - 10--П роки були розроблеш I з усгахом застосовуються таю ушкальш прилади, як СКВ1Д, БЛ-Э - змшувач1, детектори, та ¡н. При цьому технолопя таких приладав, що грунтуегъ-ся на застосуванш низькотемпературних надпровщниюв, пщрозу-м1вае наявн1сть штучного тунельного бар'еру в вигляд1 тонкого шару окислу на поверхш, що роздшяе два надпровщника, або ж "слабко! ланки" в вигляд1' точкового контакту чи м!стка. Основи для побудови теорй таких структур були закладеш в 60-х роках1'3.

1 Giaever I Energy gap in superconductors measured by electron tunneling // Phys. Rev. Lett., 1960, v. 5, p. 147-148.

2 Giaever I. Electron tunneling between two superconductors // Phys. Rev. Lett., 1960, v. 5, p. 464—466.

3 Nicol J., Shapiro S., Smith P, H. Direct measurement of the superconducting energy gap H Phys. Rev. Lett., 1960, № 5, 461-464.

Вщкриття високотемпературно! надпровщносп в метал-оксидних з'еднаннях, а також робота,, що ведуться з моменту 1х вщкриття в 1987 р. 1 до тепершнього часу, привели до появи нових щей та тдход1в в технологи створення джозефсошвських елемента, а також) вщкрили нов1 перспективи застосування ефекту Джозефсона в сучаснш електрошщ. До суттевих особливостей ВТНП, як! роблять 1х привабливими для джозефсошвсько! електрошки можна вщнести наступш:

1. У сильно ашзотропних (квазщвовим1рних) ВТНП-сполуках(В18гСаСиО, з'еднання на основ1 Т1 I Щ) ефекг Джозефсона виникае м1ж Си-0 шарами у самому кристал1 ВТНП-тобто у цих кристалах ¡снуе внутршнш ефект Джозефсона; 1 щ квазщвовим1рш ВТНП являють собою природш джозефсошвсью середовища (багатошаров1 джозефсошвсыа структури)4'5.

2. Ефекг Джозефсона виникае на м1жзеренних границях: бкристали УВСиО та В18гСаСиО являють собою досить технололчш джозефсошвсью контакта з контрольованими властивосгями. Прозор1стю та величиною критичного струму таких контакта можна керувати, зм1нюючи кут розор1енгацп зерен.

3. Дуже перспективними для використання у надпровщни-ков1й електрошщ видаються планарш джозефсошвсыа структури У-Рг-(ВСО) - отримаш в одному циюи напилення.У зв'язку ¡з новими можливостями, що дае використання ВТНП, а також шших (магштних) матер1ал1в, зараз широко обговорюються 1 дискутуються р1зномаштш ще1: застосування тунельного ефекту I ефекту Джозефсона в електрошщ: як традицшш - в СКВЩ-ах, створенш лопки на джозефсошвських елементах для комп'ютер1в, так \ нов1 щеТ, наприклад,- квантов! комп'ютери \ використання для них л-контакпв Джозефсона6.

4 Bulaevskii L. N., Clem J. R., Glazman L. I., Fraunhofer oscillations in a multilayer system with Josephson coupling of layers // Phys. Rev. В., 1992, v. 46, p. 350-355.

5 Latyshev Yu. I., Nevelskaya J. E., Monceau P., Dimencional crossover for intrinsic dc Josephson effect in BiSrCaCuO 2212 single crystal ehiskers // Phys. Rev. Lett., 1996, v. 77, №5, p. 932-935.

6 Рязанов В. В. Джозефсоновский тг-конгакт сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник, как элемент квантового бита (эксперимент) // УФН, 1999, т. 169, № 8, стр. 920-922.

4. Дослщження i використання тунельного ефеюу в контактах з магштними матер1алами, у яких виникають ефекти cпiн-зaлeжнoгo тунелювання, якими р13ко защкавились у всьому свт шсля експериментального спостереження великого магнетоопору при юмнатнш температур! в тонкогоивкових феромагштних тунельних переходах, оскшьки стало зрозумшо, що результати таких дослщжень будуть мати не лише фундаментальне, але 1 велике прикладне значения7. В огляд1 Даугтона8 зроблено висновок, що переходи з\ стн-залежним тунелюванням дають нову можливють покращити властивосгп елеменпв з магшторезистивним типом пам'ят1. Дослщження у щй галуз1 (як теоретичш так \ експериментальш) створюють основи для майбутньоТ ново! електрошки \ тому е дуже важливими I актуальними.

5. Дослщження залежносп тунельних властивостей вщ величини прозоросп е дуже важливими для контакпв на границях зерен та в бшристалах, де величину прозоросп можна змшювати неперервним чином. На необх'щн1сть та важлив1сть прикладного застосування таких контаючв вказуе в своГх роботах Р Гросс9.

Отже, поведшка тунельних контакпв з р1зною прозор1Стю викликае великий штерес, виходячи з чого, очевидна важливють дослщження умов протжання струму I особливостей резистивного стану в тунельних контактах при змш1 пpoзopocтi бар'ера. Зокрема актуальшсть таких дослщжень пов'язана з питаниям про опис поведшки високотемпературних надпровщниюв, в котрих, як вказано вище, зв'язок м1ж надпровщними площинами змшюеться вщ джозефсошвсько'1 (ШгБггСаСигОв+х) до сильно! (УВагСизСЬ), а також описаниям гапвок типу УВа2Сиз07-РгВа2Сиз07-УВа2Сиз07 отриманих при

7 Moodera J. S., Kinder L.,Wonder T. and Meservey R, Large magnetoresistance at room temperat in ferromagn thin film tunnel junctions // Phys. Rev. Lett. -1995, v. 74, P. 3273.

8 Daughton J.M., Magnetic tunneling applied to memory // J. Appl. Phys., 1997, v. 81, No. 8, P. 3758-3764.

9 Gross R., Chaudhari P., Dimos D., Gupta A., Koren G., Termally activated phase slippage inhigh-Tc grain-boundary Josephson junction. // Phus. Rev. Lett. -1990, v. 64, P. 228-231; Gross R, Mayer B., // Phusica C. -1991, v. 180, P. 235.

допомоз1 напилення, причому шар РгВагСизСЬ, що являеться д1електриком, може мати товщину вщ. одного до кшькох атомних uiapie.

В силу сказаного вище вивчення тунельних властивостей контакпв з достатньо високою прозорютю öap'epiß (для внутршшх джозефсошвських контакпв ВТНП), а також особливостей вольт-амперних характеристик, обумовлених спш-залежним тунелюванням е досить актуальним.

Зв язок з науковими програмами, темами. Тематика дисер-тацп знаходиться в pycni дослщжень вщщлу надпровщниково! електрошки 1нституту металоф1зики HAH Украши. Робота виконувалась в рамках програми MiHicrepcTBa в справах науки та технологи "Високотемпературна надпровщшсть" та теми "Вивчення законом1рностей формування тонко гшвкових багатошарових надпровщникових структур крюелектронки та дослщження нер1вноважних i нестацюнарних електроф1зичних явищ в них".

Mema i 3adani роботи. Метою дисертацшно! роботи було описати теоретично процеси тунелювання, андрпвського вщбивання, cniHOBOi поляризаца i особливостей резистивного стану в неоднорщних надпровщникових структурах (джозефсошвських контактах, тунельних контактах М1Ж надпровщником та феромагнетиком) при довшьнш прозоросп 6ap'epiß на контактах, а також i'x джозефсошвських властивостей та перспектив створення нових елекгронних пристрош на i'x ochobL

Виходячи з цього при написанш дисертацп були сформульо-ваш тай основы задач1 дослщження:

1. Розрахувати вольт-амперш характеристики джозефсошвсь-кого контакту двох надпровщниюв з урахуванням андрпвського вщбивання при довшьнш прозоросп бар'еру М1Ж ними.

2. Вивести сшввщношення для струму через контакт надпровщника та феромагнегика при довшьнш прозоросп бар'еру М1Ж ними. Ощнити зм1ну сгаввщношення сигнал-шум при використанш контакту феромагаетик-Ьолягор-надпровщншсчзоляшр-феромагнетик зам1сть контакту феромагнегшмзолятор-феромагнетик.

3. Розрахувати електродинам1чш характеристики (джозефсо-швську глибину проникнення магштного поля в слабкий зв'язок,

величину критичного поля НС1, залежшсгь критичного струму 1С(Н) вщ . магштного поля) в джозефсошвських контактах з високою прозор1стю бар'еру.

Методика доайджень, У робел використовуеться модель Блондера-Тшкхема-Клапвжа10 в рамках яко! розв'язуються р1вняння Боголюбова-де Жена11 для хвильових функцш кваз1частинок в просторово неоднорщному випадку, що описуе границю роздшу фаз чи слабкий зв'язок надпровщниюв, з наступним квантово-мехашчним розрахунком струму на основ1 знайдених ршень для хвильових функцш. Також в робот1 використано р1вняння Феррелла-Прейнджа12, застосування якого розширюеться на випадок прозоростей джозефсошвського контакту, що вщр1зняються вщ тунельних.

Наукова новизна. В дисертацшнш робел отримано так1 нов1 результата:

1. Знайдено розв'язок стацюнарних р1внянь Боголюбова-де Жена для тунельного контакту двох р!зних надпроввдниюв з довшьною прозорютю бар'еру м1ж ними, розрахований кваз1частинковий струм, вольт-амперш характеристики та гх еволющя при зменшенш прозоросп бар'еру.

2. Знайдено розв'язок р1внянь Боголюбова-де Жена у випадку контакта надпровщникчзолятор-феромагнетик з урахуванням оптового розщеплення piвнiв кваз1частинок в магштному пол! I показано ¡снування розщеплення щшинно! особливосп тунельних контакт! в надпровщникчзолятор-феромагнетик, а також змша опору при змЫ взаемного напрямку магштних пол1в феромагнетиюв в структур! р1-1-8-1-р2, а також можливють покращити сшввшношення сигнал/шум шляхом використання тако! структури замють структури р1-1-р2.

10 Blonder G. Е., Tinkham М., Klapwjik Т. М. Transition from metallic to tunneling regimes in superconducting microconstrictions: Excess current, charge imbalance, and supercurrent conversion//Phys.Rew. В., 1982, 25, №7, p. 4515-4532.

11 Де Жен, П. Ж. Сверхпроводимость металлов и сплавов. - Москва: Мир, 1968.

12 Ferrell R. A., Prange R.E. Self-field limiting of Josephson tunneling of superconducting electron pairs //Phys. Rev. Lett., 1963, 10, p. 479-481.

3. Отримано розв'язок р1внянь джозефсошвсько'1 електродинамши прозорих джозефсошвських контакпв в магнггному пол1 та розв'язок р1внянь Феррелла-Прейнджа при несинусощальнш залежносп струм-фаза тунельного контакту, на основ! котрих розраховаш поле Hci,j входження вихор1в в прозор1 контакти i залежнють величини критичного струму вщ магштного поля. Показано, що при збшыденш прозорост1 поле проникав в контакт неекспоненцшно.

Практичпе значения одержаних результат1в. Отримаш в роботсрезультати мають теоретичний характер. Вони можуть бути використаш при вивченш проткання струму через джозефсошвськ1 контакти (бжристал!чш контакти) з високо-температурних надпровщниюв, багатошарових ' надпровщних структур, зокрема таких, що включають тунелювання м!ж надпровщником i феромагнетиком, при створенш нових електронних пристро1в на i'x основ1, тощо.

Апробащя робота. По результатах робота були зроблеш доповщ1 на трьох м1жнародних конференщях: "X Тристоронн1й ceMiHap №меччина-Рос1я-Украша" (м. Нижн1й Новгород, Роая, 11-15 вересня 1997 року); "XII Тристороннш семшар Шмеччина-Рос1я-Укра'1на" (м. Кшв, Украша, 26-30 вересня 1999 року); "8th European Magnetic Materials and Applications Conference" (м. Кшв, Украша, 7-10 червня 2000 року)

Публшацп. Bei основн! результата дисертацп опубл1ковано в трьох cyMicTHHX роботах [1-3], з яких на захист виносяться -пльки результата дисертанта.

Особистий внесок здобувача. Bei науков! результата, що виво-дяться в дисертацп та виносяться на захист, одержано здобувачем особисто. Зокрема, Ю. В. Шлапаком виконаш аналггичш розрахунки для розв'язання поставлених задач, розроблен! алгоритми для побудови гpaфiкiв залежностей, оформлеш результата робота у виглядi статей i доповщь ix на семшарах та конференцшх.

Структура та обсяг роботы. Робота викладена на 113 сторшках, складаеться 3i вступу, трьох роздшв, висновив, 17 рисунюв та списку лггератури, що загалом м1стить 101 найменування л1тературних джерел.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У встут обгрунтовуегься актуальшсть та важливють теми дисертацп, сформульовано мету I основш задач! дослщження, наукову новизну \ практичну цшшсть здобутих результат, наведено положения, що захищаються.

У першому роздш роботи наведено огляд л^ератури по тематищ дисертацп, в якому розглядаються поняття кваз1частинок, 1х юнетика, особливосп поведшки в нормальних металах, надпровщниках \ просторово-неоднорщних надпровщних структурах, особливосп резистивного стану в просторово-неоднорщних надпровщниках \ надпровщних структурах, а також ефект Джозефсона в надпровщних тунельних структурах з довшьною прозор1стю бар'ер1в. У першому тдроздш виводиться концепщя кваз1частинок та поняття 1х спектру, маси I заряду в ¡зотропнш Фермьрщиш та в надпровщнику. Другий тдроздш присвячений юнетищ кваз1часги-нок. Наведен! кшетичш р!вняння для кваз1частинок у нормальному метал! та у надпровщнику. Описано релаксащю нер1вноважного розподшу кваз1часгинок та розбаланс заселеносп електронно-дирковош спектру в надпровщнику. Наводиться повний наб1р р1внянь для описания кшеггики надпровщншав. У третъому тдроздш розглядаегься поведшка кваз1частинок в просторово-неоднорщних надпровщниках. Наведено вивщ р!внянь Боголюбова-де Жена, що узагальнюють меггод ХартрьФока на випадок неоднородного надпровщника. Описано андрпвське вщбитгя кваз1частинок та його спостереження, а також андрпвське квантування, осциляцп Томаша та Роуела-Мак-Мшана 1 дослщження по андрпвському вщбиттю та квантуванню в ВТНП. Четвертый роздал присвячений опису особливостей резистивного стану в просторово неоднорщних надпровщниках та надпровщних структурах, таких як надлишковий струм через N8 границю, надлишковий огар N8 границ! та субгармошчна структура на вольт-амперних характеристиках контакта. У пятому тдроздш наведено результата р1зних пщход!в до вичислення залежносп струм-фаза параметра порядку для р!зних вид!в слабкого зв'язку. Основним об'ектом дослщжень другого роздшу е струм кваз!части-нок в тунельних контактах надпровщншав, а також надпровщника з

TJ OS

X

Ja

a\ M

§ s a o

9 £

u P x

o o

O IX

S H

o\ ^

fa <D

a

3.

T3

N 8

* o

„ re «

g s:

(T>

§

a

K-K

J=l c®.

a

o> •o

3.

g »

a

fa a\

tQ

~ w

°3

-a

H p p g

oU

s ™

w tr

5 °

X) <1

s o

p rob a bility

o o o o a

o ij . «. 'tft ft

-I-■-1_i_1_._I___1_

t

probability

e> o

Рис. 2. Еволюцш виду вольт-амперних характеристик 8-1-8' контакту при р1зних значениях температури Т та висоти бар'еру Ъ.

феромагнетиком при довшьнш прозоросп бар'еру на контакт! У першому тдроздт обгрунтовуеться застосування шдходу Блондера-Тшкхема-Клапвша до розв'язання поставлено! задач! про пропкання струму кваз1частинок через тунельний контакт двох надпровщншав з метою дослщження еволюцй вольт-амперних характеристик таких контакпв по зросгання прозоросп тунельного бар еру. У другому тдроздт/ описано модель (аналопчну модел! Блондера-Тшкхема-Клапвша на баз! р!внянь Боголюбова-де Жена) в якш у третъому тдроздт/ розраховано коефщ!енти в!дбивання та проникнення кваз!частинок через перехщ (рис. 1) та 1х сгрум (рис. 2), анал!тичний вираз для якого мае наступний вид:

ар , " яЕ 2 г

J ЧУ = 2Ы (0)еУ ГА, (1 + г 2) | /0(Я \ с!ф X

515 2 Л 2 л %

8{-В>) © (Я 2 _ Д 22 )© [( Е - еУ )2 - Д 2 ] +

*(£)+( 1 + г 2) 0(£ )У - 1

-© ( Я - Д \ )© [Д \ - (Е - еУ у ]

От (Я )У - (1 + г 2)2 ;

де /о(Е) = [/(Е - еГ )-/(£)], в(Е) = р(Е)с05((р)

КЕ)= . Е^еУ) №____________^__________

0(г) - функц!я Хевюайда, А)^ - параметри порядку надпровщниюв Б та Б', ф - фаза, V - напруга, Е - енерпя кваз!часток, Ъ - обезрозм!рене значения висоти бар'еру, - функщя Ферм!.

Четвертий та п'ятий тдроздти приев'ячеш епш-залежному тунелюванню кваз!часток через бар'ер М1ж надпровщником та феромагнетиком. 3 урахуванням сшново! поляризаци знайдено вираз для струму кваз!часток через такий бар'ер (рис. 3):

1 = (1 + 2 2 > 1 / (/ (Е - еУ ) - / ( Я ))* & (& н ) Р ( Е ' И Н ) + л (^ - в н ) р {Е + ц Н

де = е(А\-Е2)ь2Л-иг ер?2-а2)аУ1 + /12 Р{ } £2 + (А2-£2Х1+2г2) Е + ч/А'-Е'Ъ + гг') Ь(0н)=1+Ьсоз(0н), Ь - безрозм!рна сшнова поляризащя, Он -кут м!ж магштними полями феромагнетиюв.

Ф

(а) || |

- ^^ 2=0.10.5 101.5 50 т=о "1 Т Т" 1 Т Г' 1 " 1 Ч "1-Г—1-1—Г " Г "1-1—г—г—

"2 -1-цН/Д -1+цН/Д О 1-р.Н/А 1+^Н/А 2

е\//Д

Ф) и ;

--1—I—"Т 1- г—г—г- г=0.10.5 1.015 50 т=о ■'Г'ТПН' ■ 1 1 1 ! 1 1-Г-1-1-1 —Г "1—г—г—!—г—1—

< ф

"2 1-цН/Д 1+цН/д Оу 1-цН/Д 1+цН/Д

Рис. 3. Еволюцк виду вольт-амперних характеристик Б-Г-Б-Г-Р' контакту в паралельних (а) \ антитаралельних (б) полях феромагнетиюв.

У шестому тдроздт коротко сформульоваш основш результата та висновки одержат в цьому роздш.

Трений роздш дисертаци присвячений дослщженню стацюнарно! електродинамки прозорих джозефсошвських контакпв у зовшшньому магштному пол! на баз! видозмшеного р1вняння Феррелла-Прейнджа для можливих вщхилень залежносп струм-фаза вщ звичайного синусощального закону. Розглянуто проникнення магнитного поля в прозорий джозефсо-швський контакт, поле НС1 входження вихор}в в прозор1 контакта ! залежшсть величини критичного струму вщ магштного поля. У першому тдроздт пояснюеться штерес до джозефсошвських контакпв, що реал1зуються на границях зерен в ВТСП (наприклад, бшристал1чних границях в УВСО 1 ЕПБССО) з точки зору перспектив 1х застосування як джозефсошвських елемешлв. Так! контакта, у випадку малокутових границь характеризуються, здебшьшого, достатньо високою електронною прозорютю. В цьому випадку залежшсть струм - фаза ]з(ф) в ефекп Джозефсона вщр!зняеться вщ синусощально!'. Другий тдроздт присвячений р1внянням джозефсошвсько!' електродинамки, а третШ - модифшацп р1вняння Феррелла-Прейнджа для випадку вщхилення залежносп струм - фаза вщ синусощально!, котр! використовуються для розв'язання задач!. В четвертому тдроздт розглядаеться проникнення магштного поля в такий контакт. У випадку мал их ненульових прозоростей Б знайдено залежносп фази ф, струму _)'<; та поля Н для вихору Джозефсона вздовж слабкого зв'язку. Для поля паралельного переходу! бшьшого вщ Нс1 знайдено:

ср (х) « 4 агс^

г ( , ИА (Г) 1 ехр х + 4 '

о «1

25/7 (2Л (Г)) 1 + х'2

+ 2 лп\

^ Ч А.*,, ,, 1 "Г Л уу

Ху/й{А(Т)) А (Г)

А,(£>) * 2 квТ

Залежносп ф(х), с1ф(х)/с1х~Н(х), с12ф(х)Л1х2~^ показано на рис. 4.

Рис.. 4, Розподш магнитного поля, фази та струму для вихору Джозефсона при вщхиленш прозоросп контакту вщ тунельноУ.

Рис. 5. Залежшсть критичного струму переходу вщ магштного поля паралельного площиш переходу. Сущльна лш!я вщповщае нульовш прозоросп, точкова - малим значениям прозоросп, пунктирною показана величина пропорцшна зм1Ш криво'1 при невеликому збшьшенш прозоросп.

^ оцшюеться як вщстань на якш в е раз1в спадае залежшсть: , ,4 у ИА {Т) , , -

<р « 1

Для критичного поля Не, знайдено:

Яс1(/)) « Н^(0)1И(А(Т){

э«1 V 2 5^(2^(7-);;

У п 'ятому тдроздШ виводиться залежшсть критичного струму джозефсошвського переходу при ненульових Б вщ магштного поля:

; = у с

У

л

де через 1 позначено гсФ/Фо, а через 9 - р1зницю фаз. При малих Б з умови максимальносл по 9, одержана залежшсть (рис. 5):

У шестому тдроздт коротко сформульоваш основш результати та висновки одержан! в цьому роздш.

У висновках коротко сформульовано основш результати дисертаци.

1. Стацюнарний перенос заряда через тунельний контакт двох надпровщниюв, котр1 роздшеш тунельним бар'ером довшьноУ прозоросп, в загальному випадку визначаеться як процесами тунелювання квaзiчacтинoк, так I процесами андравського вщбиття електрошв на контакта При збшьшенш прозоросп бар'ера роль процес1в андрпвського вщбиття кваз1частинок зростае, що приводить до еволюцй виду вольт-амперних характеристик (ВАХ) контакта вщ тунельного режиму до характерного для "масивного" зразка.

2. При протшанш кваз1частинкового струму через тунельний контакт надпровщникчзолятор-феромагнетик (ЗЛ-Б) на вольт-амперних характеристиках контакта проявляються особливосп, пов'язаш з процесами спш-залежного тунелювання електрошв. Зокрема, розщеплення "щшинноГ особливосп вольт-амперно'1 характеристики за рахунок сшнового (зеемашвського) розщеплення р1вшв кваз1частинок в феромагнетику, а також, появляеться залежшсть лшшного опору контакту (при високих напругах) вщ величини магштного поля.

СОБ ¿(1 + СОЭI)

/

ВИСНОВКИ

3. За рахунок збшьшення рол! андрпвського вщбивання при збшьшенн! прозоросп бар'еру, локал1зованого на контакт!, вщношення сигнал/шум для контакту може бути зменшено шляхом використання структури F1-I-S-I-F2 зам!сть структури Fi-I-Fa.

4. При збшыненш прозорост! тунельного бар'еру в джозефсошвському контакт! двох надпровщниюв змшюеться вид залежносп стац!онарного струму Джозефсона в!д р^знищ фаз параметра порядку на контакт!. Це приводить до змши електродинам1чних властивостей та характеристик контакта, а саме: джозефсошвсько! глибини проникнення поля в слабкий зв'язок, критичного поля входження вихор!в в контакт, залежносп критичного струму вщ магштного поля.

Автор висловлюе щиру подяку сво'ш науковим кер^вникам за посттну увагу та тдтримку в робопи.

ОСНОВШ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИСЕРТАЦП ОПУБЛЖОВАН1

В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Шлапак Ю. В., Шатерник В. Е., Касаткин A. JI., Руденко Э. М., Quasipartical current in transparent superconducting tunnel junction // Металлофиз. и пер. техн., 1997, т. 20, № 3, стр. 3-9; (Met. Phys. Adv. Tech., 1999, Vol. 18, pp. 239-248) - repr. by OPA,

. N.Y.

2. Шлапак Ю. В., Шатерник В. Е., Руденко Э. М., Спин-зависящее туннелирование квазичастиц в контакте сверхпроводник - изолятор - ферромагнетик. // Металлофиз. и передов, технол., 2000, т. 22, № 2, стр. 15-20.

3. Шлапак Ю. В., Шатерник В. Е., Касаткин А. Д, Руденко Э. М., Джозефсоновские свойства туннельных сверхпроводящих контактов с несинусоидальной зависимостью ток - фаза параметра порядка 1с(ф). // Металлофиз. и перед, техн., 2000, т. 22, № з, стр. 71-76.

Шпапак Ю. В. Електронш явища на границях роздыу в надпровщниках та ашзотропних металах. - Рукопис.

Дисертац1я на здобуття наукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук за спещальшстю 01.04.22 - надпровщшсть. -1нститут металоф1зики НАН Укра'ши, Кшв, 2000.

В рамках модел! Блондера-Тшкхема-Клапвша (БТК) розглянуто вплив Андривського вщбиття кваз1частинок на протжання електричного струму кр1зь тунельш переходи з pi3Hnx надпровщниюв (S-I-S') та переходи типу надпровщниЫзолятор-феромагнетик (S-I-F) з високою прозорютю бар'еру. Описано перетворення нелшшних (тунельного типу) вольт-амперних характеристик nepexoflie при збшьшенш прозоросп бар'еру. Показано, що вщношення сигнал/шум може бути збшьшене для ячейки пам'ят1 шляхом використання двохбар'ерного тунельного контакту F1-I-S-I-F2 замють тунельного контакту F1-I-F2.

Для можливих вщхилень залежносп струм-фаза вщ звичайного синусоидального закону на 6a3i змшеного р1вняння Феррелла-Прейнджа розглянута стацюнарна електродинамжа прозорих джо-зефсошвських контакпв у зовшшньому магштному полт Для цього випадку показано, що слабке магштне поле проникае в прозорий джозефсошвський контакт в загальному випадку не експоненцшним чином i розраховано поле Hd входження BHxopiB в npo3opi контакти та залежшсть величини критичного струму вщ магштного поля.

1Слючов1 слова: кваз1частки, гунелювання, р1вняння Боголюбова-деЖена, Андрпвське вщбиття, вольт-амперш характеристики, npo3opi тунельш контакти, р1вняння Феррелла-Прейнджа.

Shlapak Yu. V. Electronic phenomena in the anisotropic superconducting structure boundaries. - Manuscript

Thesis for a candidate degree in physics and mathematics by speciality 01.04.22 - superconductivity. - Institute for Metal Physics, National Academy of Science of Ukraine, Kyyiv, 2000.

The influence of Andreev reflection of quasiparticles in transparent tunnel junctions of superconductors (S-I-S" junctions) as

well as junctions of superconductor-isolator-ferromagnetic (S-I-F) on electric current transport is studied in the framework of the Blonder-Tinkham-Klapwijk (ВТК) model. The evolution of non-linear (tunneltype) current-voltage characteristics with increasing of the junction transparency is obtained. It's obtained that current and signal-to-noise ratio can be increased for the memory cell by using in it the tunnel junction F1-I-S-I-F2 instead off the tunnel junction F1-I-F2.

As well steady-state electrodynamics of transparent Josephson junctions in external magnetic field is considered on the basis of modified Ferrell-Prange equation accounting for possible deviations of the current-phase relationship from the usual sine law. For this case the penetration of weak magnetic field in transparent Josephson junction it is shown to be generally non-exponential, the lower critical field for Josephson vortices, Hci,j, and the magnetic field dependence of critical current are calculated.

Key words: quasiparticles, tunneling, Bogolyubov-de Gennes equations, Andreev reflection, current-voltage characteristics, transparent tunnel junctions, spin-dependent tunneling, Ferrell-Prange equation.

Шпапак Ю. В. Электронные явления на границах раздела в анизотропных сверхпроводящих структурах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.22 -сверхпроводимость. - Институт металлофизики НАН Украини, Киев, 2000.

Диссертация посвящена изучению свойств и особенностей вольт-амперных характеристик контактов с достаточно высокой прозрачностью барьеров.

В работе в рамках модели Блондера-Тинкхэма-Клапвика (БТК) рассмотрено влияние Андреевского отражения квазичастиц на протекание электрического тока через туннельные переходы из двух различных сверхпроводников (S-I-S') и через туннельные переходы типа сверхпроводник-

изолятор-ферромагнетик (БЛ-Б) с высокой прозрачностью барьера, локализованного на изоляторе.

Во второй главе диссертации получены аналитические выражения для описания изменение нелинейных (туннельного типа) вольт-амперных характеристик переходов при увеличении прозрачности туннельного барьера для различных значений температуры и параметров порядка Д^ сверхпроводников Б и 8\ входящих в состав сверхпроводящих туннельных переходов и для различных значений спиновой поляризации при разной взаимной ориентации полей в ферромагнетиках двухбарьерного туннельного контакта ферромагнетик-изолятор-сверхпроводник-изолятор-ферромагнетик (Б^-З-ВД.

Показано, что отношение сигнал/шум может быть увеличено для ячейки памяти использующей двухбарьерный туннельный контакт ферромагнетик-изолятор-сверхпроводник-изолятор-ферромагнетик ОМ-Б-Ы^) вместо обычного туннельного контакта ферромагнетик-изолятор-ферромагнетик

В третьей главе диссертации для возможных отклонений зависимости ток-фаза от обычного синусоидального закона на базе видоизмененного уравнения Феррелла-Прейнджа рассмотрена стационарная электродинамика прозрачных джозефсоновских контактов во внешнем магнитном поле. Для этого случая показано, что слабое магнитное поле проникает в прозрачный джозефсоновский контакт в общем случае не экспоненциальным образом и рассчитано поле НС1 вхождения вихрей в прозрачные контакты и зависимость величины критического тока от магнитного поля.

Ключевые слова: квазичастици, туннелирование, уравнения Боголюбова - де Жена, Андревское отражение, вольт-амперные характеристики, прозрачные туннельные контакты, спин-зависящее туннелирование, уравнение Ферр ел л а-Пр ейн джа.