Пространственная характеризация краевого барьера в широких сверхпроводящих пленках

Abstract

Рассмотрен вопрос разрушения сверхпроводимости током в широких (с шириной, значительно большей глубины проникновения магнитного поля) сверхпроводящих тонких пленках в слабых магнитных полях. Особое внимание уделено роли краевого потенциального барьера (барьера Бина–Ливингстона) в формировании критического состояния и выявлению края, ответственного за это критическое состояние, при различных взаимных ориентациях внешнего перпендикулярного магнитного поля и транспортного тока. Визуализированы критическое и резистивное состояния пленки с помощью пространственно-разрешающего метода низкотемпературной лазерной сканирующей микроскопии (НТЛСМ), что позволило выявить области на краях пленки, определяющие критический ток. На основании этих наблюдений выработана простая методика исследования критического состояния пленки на каждом краю раздельно, а также оценки остаточных магнитных полей в криостате. Предлагаемая методика не требует применения сложной техники НТЛСМ, а лишь записи вольт-амперных характеристик пленки в слабом магнитном поле. Получаемая таким образом информация важна, в частности, для интерпретации экспериментов со сверхпроводящими пленочными однофотонными детекторами оптического излучения.

Розглянуто питання руйнування надпровідності струмом в широких (з шириною, що значно перевищує глибину проникнення магнітного поля) надпровідних тонких плівках в слабких магнітних полях. Особливу увагу приділено ролі краєвого потенційного бар’єра (бар’єра Біна–Лівінгстона) у формуванні критичного стану та виявленню краю, який відповідальний за цей критичний стан, при різних взаємних орієнтаціях зовнішнього перпендикулярного магнітного поля і транспортного струму. Візуалізовано критичний та резистивний стани плівки за допомогою просторово-роздільного методу низькотемпературної лазерної скануючої мікроскопії (НТЛСМ), що дозволило виявити області на краях плівки, які визначають критичний струм. На підставі цих спостережень вироблено просту методику дослідження критичного стану плівки на кожному краю окремо, а також оцінки залишкових магнітних полів в кріостаті. Пропонована методика не вимагає застосування складної техніки НТЛСМ, а лише запису вольт-амперних характеристик плівки в слабкому магнітному полі. Отримувана таким чином інформація важлива, зокрема, для інтерпретації експериментів з надпровідними плівковими однофотонними детекторами оптичного випромінювання.

The paper discusses the issue of current-induced destruction of superconductivity in wide (whose width is much larger than the magnetic penetration depth) superconductive thin films in weak magnetic fields. We focus especially on the role of the edge potential barrier (Bean–Livingston barrier) and determination of the edge which is responsible for the critical state, at various mutual orientations of external normal magnetic field and transport current. Critical and resistive states of the thin film edge are visualized with the spatially-resolved technique of low-temperature laser scanning microscopy (LTLSM) that reveals the near edge regions determining the critical current. A simple method based on these observations is elaborated to explore critical state at each edge of the thin film separately, and to estimate residual magnetic field in the cryostat. The proposed method requires no complicated LTLSM technique but only recording voltagecurrent characteristics in weak magnetic field. The information being obtained in such a way is important particularly to treat experiments with superconductive thin-film single-photon detectors of optical irradiation