Ферромагнитные сверхпроводники

1. Ферромагнитные сверхпроводники ПодготовилАнтон Беспалов Нижний Новгород, 2012

2. План • Магнетизм и синглетная сверхпроводимость • Триплетные ферромагнитные сверхпроводники • Спиновые волны в ферромагнитных сверхпроводниках

3. Магнетизм vs. синглетная сверхпроводимость • Парамагнитный эффект • Орбитальный эффект • Обменное взаимодействие

4. Подавление сверхпроводимости магнитными примесями Теория Абрикосова-Горькова, 1961 – время свободного пробега относительно переворота спина. При сверхпроводимости нет. Зависимость критической температуры от концентрации атомов гадолиния в сплаве La1-xGdxAl2.

5. Сосуществование синглетной сверхпроводимости и магнитного порядка 1.Антиферромагнитные сверхпроводники. Пример – ErRhB4. Как правило, TN<<TS. (TN – температура Нееля) HoMo6Se8 ErRh4B4, HoMo6S8 • 2.Ферромагнитные сверхпроводники. • TM>>TC - сверхпроводимость не возникает. • TM~TC – возможна ЛОФФ фаза. • TM<<TC Anderson, Suhl (1959)

6. Ферромагнетизм и синглетная сверхпроводимость В фазе, где сверхпроводимость и ферромагнетизм сосуществуют, наблюдается неоднородная магнитная структура (геликоидальная, синусоидальная или доменная). 1) Изотропный магнетизм, или магнетизм типа лёгкая плоскость – геликоидальная структура. При TM-T<<TM период Ls/2~(ξkF-2)1/3 2)Анизотропия типа лёгкая ось: при TM-T<<TM , Q~(ξkF-2)1/3. С понижением температуры возникает доменная структура с периодом LD~(ξkF-1)1/2.

7. Триплетные ферромагнитные сверхпроводники

8. Триплетная сверхпроводимость В однородном случае В Фурье-представлении При триплетном спаривании Некоторые особенности триплетных сверхпроводников: 1) Чувствительность к немагнитным примесям; 2) Сверхпроводимость не разрушается обменным взаимодействием и парамагнитным эффектом.

9. UGe2 Saxena et al., 2000 (Nature) l~1000Å – длина свободного пробега Зонный магнетизм. TM=53 K при атмосферном давлении, Tc=0 K при pc=1,6-1,7 GPa, вблизи этой точки – фазовый переход первого рода в ферромагнитное состояние.Анизотропия типа лёгкая ось, Han~100 T.Максимальная температура сверхпроводящегоперехода ~0.6 K.Bc2=3 T.

10. ZrZn2 C. Pfeiderer et al., 2001 (Lett. to Nature) Зависимость намагниченности от приложенного поля. l=100-1000Å – длина свободного пробега Сверхпроводящий переход на графиках ρ(T) и χ(T).

11. ZrZn2 Зависимость верхнего критического поля от температуры. Фазовая диаграмма. ξ0=290Å

12. URhGe Dai Aoki at al., 2001 (Lett. To Nature) Зависимость верхнего критического поля от температуры. TM=9,5 K. ξ=180Å, λ=9000Å. Сверхпроводящий переход. Han>100 T.

13. UCoGe N. T. Huy et al., 2007 (PRL) Зонный магнетизм TM = 3 K, Tsc = 0.82 K. ξ=150 Å, l=500 Å. Han~10 T. Сверхпроводящий переход

14. UCoGe. Верхнее критическое поле.

15. Спиновые волны

16. Свободная энергия ферромагнитного сверхпроводника – обменная энергия, – энергия магнитной кристаллографической анизотропии, – магнитостатическая энергия, – кинетическая энергия сверхпроводящих электронов.

17. Спиновые волны: исходные уравнения. Уравнение Ландау-Лифшица: Уравнение Лондонов: Для получения спектра спиновых волн следует линеаризовать уравнения вблизи состояния, отвечающего минимуму свободной энергии:

18. Спиновые волны в сверхпроводящем и нормальном ферромагнетике Сверхпроводник: Нормальный ферромагнетик: В равновесии H=0, а не B=0.

19. Спиновые волны в сверхпроводящем и нормальном ферромагнетике N S

20. Возбуждение спиновых волн микроволновым излучением Braude, Sonin (2008). – поверхностный импеданс. (монотонный спектр) ωfm~1010-1013Гц (немонотонный спектр)

21. Резюме • Синглетная сверхпроводимость может сосуществовать с ферромагнетизмом в некотором диапазоне температур Tc2<T<TM, при этом реализуется неоднородное, криптоферромагнитное состояние. • Триплетная сверхпроводимость может сосуществовать с однородным ферромагнетизмом. Для того, чтобы наблюдать их сосуществование, нужны чистые образцы и низкие температуры. • В ферромагнитных сверхпроводниках могут распространяться спиновые волны. Спектр магнонов имеет минимум при k≠0.