Проявление когерентных и спинзависимых эффектов в кондактансе ферромагнетиков, граничащих со сверхпроводником

Abstract

Исследован электротранспорт в макроскопических ферромагнетиках (F) Fe и Ni в присутствии F/In интерфейсов разной площади. Измерения проводились в двух конфигурациях — при протекании постоянного тока вдоль и перпендикулярно интерфейсам. Обнаружено, что переход In в сверхпроводящее (S) состояние сопровождается увеличением сопротивления ферромагнетиков. В первой из названных конфигураций увеличение касалось изменения сопротивления области между границами потенциальных зондов (сверхпроводящих «зеркал») и имело порядок типичного слаболокализованного вклада в проводимость ферромагнетиков подщелевых синглетных возбуждений, возникающих при андреевском отражении, для макроскопических расстояний между «зеркалами» на длине когерентности, характерной для металлов с сильным отличием энергетической дисперсии спиновых подзон. Во второй конфигурации, при которой в измерения включалась и проводимость F/S интерфейса, изучался неравновесный резистивный вклад последнего, связанный со спиновой поляризацией области ферромагнетика под интерфейсом. Наблюдаемое увеличение сопротивления соответствовало теоретически предсказанной величине изменения сопротивления однодоменной области со спин-поляризованными электронами, связанного с аккумуляцией спина на F/S интерфейсе в условиях ограничения андреевских отражений. Из данных эксперимента для Fe и Ni найдены коэффициент поляризации тока и длина когерентности в обменном поле, а для исследованных образцов — нижний предел длины спиновой релаксации.

Дослiджено електротранспорт в макроскопiчних феромагнетиках (F) Fe та Ni в присутностi F/In iнтерфейсiв рiзної площi. Вимiри проведено в двох конфiгурацiях — при протiканні постiйного струму уздовж та перпендикулярно до iнтерфейсiв. Виявлено, що перехiд In в надпровiдний (S) стан супроводжується зростанням опору феромагнетикiв. В першiй з названих конфiгурацiй зростання стосувалось змiнення опору областi мiж границями потенцiальних зондiв (надпровiдних «дзеркал») та мало порядок типового слабколокалiзованого внеску в провiднiсть феромагнетикiв пiдщiлинних синглетних збуджень, що виникають при андріївському вiдбиттi, для макроскопiчних вiдстаней мiж «дзеркалами» на довжинi когерентностi, характернiй для металiв з сильною рiзницею енергетичної дисперсiї спiнових пiдзон. В другiй конфiгурацiї, за якої у вимiри включено i провiднiсть F/S iнтерфейсу, вивчався нерiвноважний резистивний внесок останнього, пов’язаний зi спiновою поляризацiєю областi феромагнетика пiд iнтерфейсом. Зростання опору, що спостерiгалось, вiдповiдало теоретично передбачуванiй величинi змiнення опору однодоменної областi зi спiн-поляризованими електронами, пов’язаного з акумуляцiєю спiна на F/S iнтерфейсi за умови обмежування андріївських вiдбиттiв. Iз даних експерименту для Fe та Ni знайдено коефiцiєнт поляризацiї струму та довжину когерентностi в обмiнному полi, а для дослiджених зразкiв — нижня межа довжини спінової релаксацiї.

We investigate electrotransport in macroscopic ferromagnets (F) Fe and Ni in the presence of F/In interfaces of varying area. The measurements were performed in two configurations, with dc current flowing along the interface and perpendicular to it. It is revealed that the superconducting (S) transition of In is accompanied by a rise in the ferromagnet resistance. In the former configuration, the resistance of the region between the potential probes (superconducting «mirrors») is changed. This change is of the order of a typical weak-localization contribution into the ferromagnet conductivity from the subgap singlet excitations appearing due to Andreev reflection in case of a macroscopic separation between the «mirrors», along the coherence length characteristic of the metals with a great difference in energy dispersion of spin subbands. In the latter configuration, where the F/S interface conductivity is measured too, the nonequilibrium resistive contribution from the interface is studied, the contribution being associated with the spin polarization of the under interface region of the ferromagnet. The increase in the resistance observed corresponds to the theoretically predicted change in the resistance of a single-domain region with spin-polarized electrons due to the spin accumulation at the F/S interface under restricted Andreev reflections. The current polarization and coherence length in the exchange field for Fe and Ni as well as the lower limit of the spin-relaxation length in the samples investigated are obtained from the experimental data.