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，为了生产非连续性磁性结构和超导性共存的样品，我们制造了含有铁磁体，超导体和重金属的多层膜样品，并通过测量运输特性和磁力化来阐明超导性特征。在上一年制造的极性铁磁/超导性多层膜中，我们成功地观察到了超导二极管效应，该二极管效应在零磁场中导致临界电流中的非磁性效果，具体取决于铁磁材料的磁化和电流方向。然而，已经表明，磁性磁滞取决于铁磁物质的磁化，出现在临界电流的磁场依赖性中，并且非转录临界电流表现出具有符号反转的复杂磁性磁滞。这种复杂的非转录电流行为可能反映了磁性域的复杂性，并且有必要优化磁性磁层的薄膜厚度和组合，以使用非连线磁性来控制超导性。除了在今年调整膜厚度外，我们还旨在通过将具有较大的自旋轨道相互作用的重金属（例如PT）插入中间层来控制非共线的磁性，从而使磁耦合和相邻的层调节中间层，从而使Jarosinski-Moriya互动可见。在结合铁磁材料，超导体和重金属的样品中，我们成功地生产了一个样品，其中存在铁磁物质和超导性。此外，在没有控制复杂磁状态的情况下，我们观察到与铁电磁物质的磁化行为相对应的非转向临界电流的磁性滞后，并成功证明了零磁场中的超导二极管效应，该二极管效应是源自非核心性质的巨大临界电流。该结果表明，通过铁磁物质的交换磁场作用于超导体中的库珀对。还澄清说，插入具有较大自旋轨相互作用的重金属不仅有效，不仅对铁磁材料的磁各向异性，还可以控制超导性能。上述研究结果总结在论文中，目前正在提交。

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