Эффект Джозефсона в купратных сверхпроводниковых структурах

Abstract

Обсуждаются электрофизические и СВЧ свойства сверхпроводниковых структур из купратных сверхпроводников: бикристаллических переходов и гибридных меза-гетероструктур. Показано, что в контактах купратных сверхпроводников, имеющих доминирующий dx²–y² -волновой тип симметрии параметра порядка, электронный транспорт определяется свойствами барьера на границе сверхпроводников, обусловленными озникновением связанных состояний из-за многократного андреевского отражения. В бикристаллических переходах это проявляется в линейности зависимости плотности критического тока от корня из прозрачности границы, а также возрастанием спектральной плотности дробового шума при малых напряжениях. Экспериментально показано, что плотность сверхпроводящего тока в гибридных мезагетероструктурах с антиферромагнитной купратной прослойкой достигает значений jс = 1–700 A/cм² при толщинах прослойки dM = 10–50 нм, а характерная длина затухания сверхпроводящих корреляций составляет величину порядка 7 нм, что объясняется аномальным эффектом близости в модели контакта сверхпроводников, соединенных многослойной магнитной прослойкой с антиферромагнитным упорядочением намагниченности в слоях. Обнаружено, что гибридные меза-гетероструктуры обладают существенно большей чувствительностью к внешнему магнитному полю, чем обычные джозефсоновские переходы, из-за сильной зависимости сверхпроводящего тока от спинового состояния прослойки.

Обговорюються електрофізичні й НВЧ властивості надпровідникових структур з купратних надпровідників: бікристалічних переходів і гібридних меза-гетероструктур. Показано, що в контактах купратних надпровідників, що мають домінуючий dx²–y² -хвильовий тип симетрії параметра порядку, електронний транспорт визначається властивостями бар'єра на границі надпровідників, обумовленими виникненням зв'язаних станів через багаторазове андріївське відбиття. У бікристалічних переходах це проявляється в лінійності залежності щільності критичного струму від кореня із прозорості границі, а також зростанням спектральної щільності дробового шуму при малих напругах. Експериментально показано, що щільність надпровідного струму в гібридних меза-гетероструктурах з антиферомагнітним купратним прошарком досягає значень jс = 1–700 A/cм² при товщинах прошарку dM = 10–50 нм, а характерна довжина загасання надпровідних кореляцій становить величину порядку 7 нм, що пояснюється аномальним ефектом близькості в моделі контакту надпровідників, з'єднаних багатошаровим магнітним прошарком з антиферомагнітним упорядкуванням намагніченості в шарах. Виявлено, що гібридні меза-гетероструктури мають суттєво більшу чутливість до зовнішнього магнітного поля, ніж звичайні джозефсонівські переходи, через сильну залежність надпровідного струму від спінового стану прошарку.

Electron transport and microwave properties of copper oxide superconducting structures (bicrystal junctions and hybrid mesa-heterostructures) are discussed. Superconducting current in junctions from cuprate superconductors with the dominant dx²–y² -wave symmetry is determined by the barrier properties, characterized by the mid-gap bound states due to the multiple Andreev reflection. In bicrystal junctions it reveals via linear dependence of critical current density on square root of the transparency, and an increase of spectral density of shot noise at low voltages are observed. The experiments demonstrate that the superconducting hybrid mesa-heterostructures have the critical current density jс = 1–700 A/cm² for an antiferromagnetic interlayer with thickness dM = 10–50 nm and the characteristic decay length of superconducting correlations of order of 7 nm, due to the anomalous longrange proximity effect, analyzed in the model of coupled superconductors via multilayer magnetic layer with antiferromagnetic ordering of magnetization in the layers. It is found that the hybrid mesa–heterostructures have much greater sensitivity to external magnetic field than conventional Josephson junctions because of the strong dependence of superconducting current on interlayer spin state.