Control of superconductivity by noncollinear magnetism

非共线磁力控制超导性

• 批准号: 21K13883
• 负责人: 成田 秀樹
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13883/
• 关键词: 超伝導; ノンコリニア磁性; 強相関電子系; スピントロニクス

本年度はノンコリニア(非共線的)な磁気構造と超伝導が共存する試料作製に向けて、強磁性体、超伝導体、重金属を含む多層膜試料の作製を行い、輸送特性や磁化の測定から超伝導特性の解明を行った。前年度に作製した極性強磁性/超伝導多層膜では、強磁性体の磁化と電流方向に依存して、臨界電流に非相反性が生じる超伝導ダイオード効果をゼロ磁場において観測することに成功した。しかし、臨界電流の磁場依存性には、強磁性体の磁化に依存した磁気ヒステリシスが現れ、非相反臨界電流は符号反転を伴う複雑な磁気ヒステリシスを示すことが明らかになった。この複雑な非相反臨界電流の振る舞いは、磁気ドメインの複雑さを反映している可能性があり、さらに磁性層の膜厚や組み合わせを最適化していくことがノンコリニア磁性を用いた超伝導の制御に必要であった。本年度は膜厚調整に加え、磁気結合を変調する中間層や隣接する層にスピン軌道相互作用の大きいPt等の重金属を挿入することで、ジャロシンスキー・守谷相互作用を顕在化させてノンコリニア磁性の制御を目指した。強磁性体、超伝導体、重金属を組み合わせた試料において、強磁性と超伝導が共存する試料の作製に成功した。また、複雑な磁気状態の制御を行うことなく、強磁性体の磁化の振る舞いと対応する非相反臨界電流の磁気ヒステリシスを観測し、巨大な臨界電流の非相反性に由来するゼロ磁場における超伝導ダイオード効果の実証に成功した。この結果は、超伝導体中のクーパー対に強磁性体による交換磁場が作用していることを示唆している。またスピン軌道相互作用の大きい重金属を挿入することが、強磁性体の磁気異方性だけでなく超伝導特性の制御にも有効であることを解明した。以上の研究成果を論文にまとめ、現在投稿中である。

今年，我们将准备含有铁磁体、超导体和重金属的多层薄膜样品，目的是制作非共线磁结构和超导性共存的样品，并测量输运特性和磁化强度，阐明超导特性。 。在去年制造的极性铁磁/超导多层薄膜中，我们成功地观察到了超导二极管效应，其中临界电流根据铁磁材料的磁化强度和零磁场中的电流方向而变得不可逆。然而，已经表明，临界电流的磁场依赖性表现出取决于铁磁材料的磁化强度的磁滞，并且不可逆临界电流表现出伴随符号反转的复杂磁滞。这种复杂的非互易临界电流行为可能反映了磁域的复杂性，进一步优化磁性层的厚度和组合将有助于利用非共线磁性控制超导性。今年，除了调整薄膜厚度外，我们还将在调节磁耦合的中间层和相邻层中插入自旋轨道相互作用较大的Pt等重金属，从而使Jarosinski-Moriya相互作用更加充分。明显并产生非共线磁性，目的是控制我们成功地创造了一个铁磁性和超导性共存的样品，该样品结合了铁磁体、超导体和重金属。此外，在不进行复杂的磁态控制的情况下，我们观察到了与铁磁材料磁化行为相对应的不可逆临界电流的磁滞现象，并发现零磁场下的超导性是由巨大临界电流的不可逆性引起的。成功地证明了二极管效应。该结果表明，由于铁磁体而产生的交换磁场作用于超导体中的库珀对。我们还发现，插入具有强自旋轨道相互作用的重金属不仅可以有效控制铁磁材料的磁各向异性，而且可以有效控制超导性能。上述研究成果已整理成论文，目前正在投稿。

项目成果

超伝導/強磁性多層膜におけるゼロ磁場超伝導ダイオード効果

超导/铁磁多层薄膜中的零场超导二极管效应

• 发表时间: 2023
• 作者: Narita Hideki;Ishizuka Jun;Kawarazaki Ryo;Kan Daisuke;Shiota Yoichi;Moriyama Takahiro;Shimakawa Yuichi;Ognev Alexey V.;Samardak Alexander S.;Yanase Youichi;Ono Teruo;H. Narita
• 通讯作者: H. Narita

超伝導/強磁性多層膜における超伝導ダイオード効果

超导/铁磁多层薄膜中的超导二极管效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 成田 秀樹;石塚 淳;河原崎 諒;菅 大介;塩田 陽一;森山 貴広;島川 祐一;A. V. Ognev;A. S. Samardak;柳瀨 陽一;小野 輝男
• 通讯作者: 小野 輝男

強磁性ドーピングした超伝導多層膜における非相反臨界電流

铁磁掺杂超导多层薄膜中的不可逆临界电流

• 发表时间: 2022
• 作者: 成田 秀樹;石塚 淳;河原崎 諒;菅 大介;塩田 陽一;森山 貴広;島川 祐一;A. V. Ognev;A. S. Samardak;柳瀨 陽一;小野 輝男
• 通讯作者: 小野 輝男

極性ハイブリッド超伝導多層膜における非相反臨界電流の磁化制御

极性混合超导多层薄膜不可逆临界电流的磁化控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 成田 秀樹;石塚 淳;河原崎 諒;菅 大介;塩田 陽一;森山 貴広;島川 祐一;A. V. Ognev;A. S. Samardak;柳瀨 陽一;小野 輝男
• 通讯作者: 小野 輝男

Control of the superconducting diode effect by ferromagnetic materials

铁磁材料控制超导二极管效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Rahn M. C.;Kummer K.;Hariki A.;Ahn K.-H.;Kune? J.;Amorese A.;Denlinger J. D.;Lu D.-H.;Hashimoto M.;Rienks E.;Valvidares M.;Haslbeck F.;Byler D. D.;McClellan K. J.;Bauer E. D.;Zhu J. X.;Booth C. H.;Christianson A. D.;Lawrence J. M.;Ronning F.;Janoschek M.;H. Narita
• 通讯作者: H. Narita