铁磁／超导／铁磁异质结中的态密度谱和局域磁矩＊.PDF

第 38卷 第3期 低 温 物 理 学 报 VoL38。No．3 2016年 6月 CHINESEJOURNALOFLOW TEMPERATUREPHYSICS Jun20l6 铁磁 ／超导 ／铁磁异质结中的态密度谱和局域磁矩* 任亚杰 孟 豪 卿云帆 陕西理工学院物理系，陕西 汉中723000；南郑中学，陕西 汉中723100 收稿 El期：2015—12--01；修回日期 ：2016—02--11 【摘要】 通过 自洽求解Bogoliubov-deGennes(BdG)方程研究不同交换场下铁磁和超导之间的相互作用．我们发 现超导体内的自旋单态能够穿透进入铁磁体并能在铁磁体内产生一个 “子能隙”．不同自旋的 “子能隙”随着铁磁交 换场的增加会在能谱中发生相对移动，形成各种不同结构的态密度．另外，铁磁体的反邻近效应能够在超导区域引 起一个局域磁矩．该磁矩会随着铁磁交换场的增加 由负变正，这与界面附近超导和铁磁之间的相互竞争有关． 关键词：铁磁 ，超导，0-n转变，邻近效应，反邻近效应 PACS： 74．45．+C，73．20．At 自旋向上和 自旋向下的能带彼此间相对移动 2 ， 1引 言 则费米能 EF处的两种不同自旋的电子动量分别 由 志F移动到kF十一kF+Q／2和 kF 一kF—Q．／2处．于 超导(S)与非磁性材料接触时两种材料的物理 是，费米能处的 Cooper对获得一个质心动量 ±Q 特征都会发生改变，这种现象称之为邻近效应Eli．实 (Q≈2h ／h-oF，~oF为费米速度)．超导体 内的自旋 验和理论证明当超导与正常金属(N)接触时，超导 单态 十0一 ‘千进入铁磁体后其振幅正比于 exp 的临界温度会随着正常金属厚度发生明显变化[2]， [--+i(k十一是，)R3．此时，铁磁体内可以形成 自旋 这是由超导界面附近的Cooper(库珀)受到正常金 单态和 自旋投影为0的三重态之间的混合[6]：千、} 属影响所致．与此同时，Cooper对进入正常金属后 e-旧 一 十e--iQ埔一(十、}一 、}十)COS(Q ·R)+i 会在正常金属中产生一个 “子能隙”[3]，从而使正常 (十 ++十)sin(Q ·尺)．其中自旋单态 十 一J， 金属获得部分超导特性．若将正常金属换成铁磁体 十的振幅会随着铁磁穿透深度R和交换场强度 (F)，则其与超导的相互作用会引起一系列有趣的 而振荡．自旋三重态十 + 十只在铁磁一超导界面 现象．很久 以前，Larkin，OvchinnikovE ，Fulde和 附近出现，在均匀的铁磁一超导结构中其作用可以 FerretlE5]发现在低温下超导一铁磁混合结构中超导 忽略． 电性不再表现出均匀的特性，即该结构在某些方面 上述超导 自旋单态的特征可以通过异质结的电 类似于非均匀的超导态．这与超导 自旋单态从超导 子态密度(DOS)加以描述．超导体在费米能EF附近 体扩散进入铁磁体的振荡衰减有关，该现象称之为 存在一个能隙，其表现为在 EF一△0E +△0 LOFF (Larkin-O}vchinnikov-Fulde-Ferrel1)态．其物 范围内态密度的幅值为0．在超导一正常金属结构中 理机制可以解释如下：由于超导体内的Cooper对是 超导自旋单态穿透进入正常金属，会在其态密度中 自旋单重配对，构成该配对的两个电子 自旋相反，动 形成一个 “子能隙”，从而使正常金属获得部分超导 量大小相等符号相反的．铁