Туннельная спиновая инжекция и особенности проводимости гетероструктур ферромагнетик–сверхпроводник при нулевом напряжении смещения

Abstract

В гетероструктурах ферромагнетик F (Co₂CrAl)–изолятор I–сверхпроводник S (Pb), удельное сопротивление которых изменялось в широких пределах (10⁻⁷–10⁻⁴ Ом⋅см²), экспериментально и теоретически исследован эффект гигантской спиновой блокировки туннельного тока, ранее обнаруженный нами (ФНТ 36, 234 (2010)). Установлено, что величина этого эффекта зависит от удельного сопротивления контактов в нормальном состоянии и влияния процесса рекомбинационной спиновой деполяризации. Предложена теоретическая модель, адекватно описывающая процессы туннелирования спин-поляризованных электронов в контактах F–I–S-типа. Установлено, что величина нормированной проводимости σFS туннельного контакта F–I–S-типа может быть существенно меньше величины фундаментальной нормированной проводимости σNS туннельного контакта N–I–S-типа (N — нормальный металл). В рамках предложенной модели оценена степень спиновой поляризации p пленок ферромагнитного полуметалла сплава Гейслера Co₂CrAl с кристаллической структурой В2- и L2₁-типов, которая оказалась близкой к 1 (р ≈ 0,97). Экспериментально изучена температурная зависимость σFS(T) туннельного контакта Co₂CrAl–I–Pb F–I–S-типа. Предложена теоретическая модель, адекватно описывающая температурное поведения нормированной проводимости σFS(T) с учетом особенностей спин-поляризованного туннелирования.

У гетероструктурах феромагнетик F (Co₂Cral)–ізолятор I–надпровідник S (Pb), питомий опір яких змінювався в широких межах (10⁻⁷–10⁻⁴ Ом⋅см²), експериментально й теоретично досліджено ефект гігантського спінового блокування тунельного струму, раніше виявлений нами (ФНТ 36, 234 (2010)). Установлено, що величина цього ефекту залежить від питомого опору контактів у нормальному стані й від впливу процесу рекомбінаційної спінової деполяризації. Запропоновано теоретичну модель, що адекватно описує процеси тунелювания спін-поляризованих електронів у контактах F–I–S-типу. Установлено, що величина нормованої провідності σFS тунельного контакту F–I–S-типу може бути суттєво менше величини фундаментальної нормованої провідності σNS тунельного контакту N–I–S-типу (N — нормальний метал). У рамках запропонованої моделі оцінено ступінь спінової поляризації p плівок феромагнітного напівметалу сплаву Гейслера Co₂CrАl з кристалічною структурою В2- і L2₁-типів, яка виявилася близькою до 1 (р ≈ 0,97). Експериментально вивчено температурну залежність σFS(T) тунельного контакту Co₂CrАl–I–Рb F–I–S-типу. Запропоновано теоретичну модель, що адекватно описує температурну поведінку нормованої провідності σFS(T) з урахуванням особливостей спін-поляризованого тунелювання.

The effect of giant spin blocking of the tunnel current discovered previously by us (Low. Temp. Phys. 36, 186 (2010)) is investigated theoretically and experimentally in ferromagnet F (Co₂CrAl)–insulator I– superconductor S (Pb) heterostructures. The specific resistance of such heterostructures fabricated by us is varied in a wide range (10⁻⁷–10⁻⁴ Ohm⋅сm²). It is established that the magnitude of this effect depends on junction specific resistance in a normal state and on recombinational spin depolarization. A theoretical model, adequately describing the processes of spin-polarized electrons tunneling in the F–I–S junction, is proposed. It is shown that the magnitude of the normalized conductivity σFS of this F–I–S tunnel junction can be substan tially lower than that of the fundamental normalized conductivity σNS of the N–I–S tunnel junction (N — normal metal). Within the framework of the proposed model the spin polarization degree p of ferromagnetic halfmetalic Heusler alloy Co₂CrAl films with B2- and L2₁-type crystalline structures is evaluated. It appears to be close to 1 (р ≈ 0.97). The temperature dependence of σ FS(T) for the F–I–S tunnel junction Co₂CrAl–I–Pb is experimentally studied. A theoretical model which considers the peculiarities of spin-polarized tunneling and describes the temperature behavior of normalized conductivity σFS(T) is proposed.