НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР

ім. Б. І. ВЄРКІНА

Башлаков Дмитро Леонідович

УДК 538.945, 538.955

МІКРОКОНТАКТНА СПЕКТРОСКОПІЯ НАДПРОВІДНОГО НІКЕЛЬБОРОКАРБІДУ YNi2B2C ТА

ГЕТЕРОКОНТАКТІВ ФЕРОМАГНЕТИК-НЕМАГНІТНИЙ МЕТАЛ

01.04.07. – Фізика твердого тіла

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Харків – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Фізико-технічному інституті низьких температур

ім. Б. І. Вєркіна НАН України, м. Харків.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, с.н.с.

Найдюк Юрій Георгійович,

Фізико-технічний інститут низьких температур

ім. Б. І. Вєркіна НАН України

Офіційні опоненти: доктор фіз.-мат. наук, професор

Оболенський Михайло Олександрович,

Харківський Національний Університет

ім. В. Каразіна МОН України,

завідувач кафедрою фізики низьких температур

доктор фіз.-мат. наук, с.н.с.

Бєлєвцев Борис Йосипович

Фізико-технічний інститут низьких температур

ім. Б. І. Вєркіна НАН України

провідний науковий співробітник відділу

квантових кінетичних явищ у провідних

системах

Захист відбудеться «18» грудня 2007 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.175.03 при Фізико-технічному інституті низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України за адресою: 61103, м. Харків, пр. Леніна, 47.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Фізико-технічного інституту низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України (61103, м. Харків, пр. Леніна, 47).

Автореферат розісланий «23» жовтня 2007 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 64.175.03

доктор фізико-математичних наук, професор Сиркін Є.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дослідження надпровідності, особливо пошук нових матеріалів з більш високими значеннями критичних параметрів, є актуальним завданням фізики твердого тіла вже майже сотню років. Один із шляхів пошуку нових сполук – більш глибоке розуміння механізму явища надпровідності. Для рішення цієї проблеми важливо як створення теоретичних моделей, що описують явище надпровідності в нових синтезованих речовинах, так і систематичне дослідження окремих класів надпровідників. Серед останніх значну увагу привертає сімейство нікельборокарбідних сполук типу RNi2B2C (де R – рідкоземельний елемент або Sc чи Y). Ці сполуки в залежності від R вирізняються різноманіттям основних станів серед яких слід виділити важкоферміонний, надпровідний та магнітовпорядкований. Останні два стани співіснують в ряді нікельборокарбідних сполук, що викликає до них особливий інтерес в зв’язку з конкуренцією надпровідності з магнетизмом.

Перехід в надпровідний стан, в більшості матеріалів, відбувається завдяки взаємодії через кристалічну решітку електронів провідності або електрон-фононній взаємодії (ЕФВ), що веде до утворення куперівських пар та щілини в щільності електронних станів. Остання визначає такі макроскопічні параметри надпровідника як критична температура, критичне значення струму та інші. Таким чином вимірювання надпровідної щілини є першочерговим завданням особливо при дослідженні нових надпровідників, в тому числі і сімейства RNi2B2C. Експериментальне вимірювання як надпровідної щілини так і спектрів ЕФВ можливе за допомогою тунельної або мікроконтактної (МК) спектроскопії, яка використана в даній роботі.

На відміну від надпровідності, термін спінтроніка з’явився нещодавно. Завдання цього напрямку фізики твердого тіла полягає в дослідженні механізмів, за допомогою яких можна використовувати таку ступінь свободи електрона, як спін. Одним із аспектів подальшого розвитку даного напрямку є його застосування для створення різноманітних електронних приладів, принцип роботи яких полягає в створенні та використанні спінполяризованого струму. В якості перспективних базових елементів спінтронних приладів, передбачається використовувати нанорозмірні структури (наноколонки) з почергово розташованих шарів феромагнетику та немагнітного матеріалу, що отримали назву спінових вентилів. Таким чином, дослідження особливостей провідності та нерівноважних процесів, що виникають на межі феромагнетику та немагнітного металу (в спінових вентилях) при протіканні електричного струму, має як наукове так і практичне значення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у Фізико-технічному інституті низьких температур ім. Б. Вєркіна в рамках тематичних планів інституту по відомчої тематики, яка були затверджені Президією НАН України: 1.4.10.5.7 „Фізика квантових електронних явищ в провідних системах ” (№ держ. реєстрації 0104U003036). Робота також проводилася в рамках наукового проекту № 10/06 НАН України „Дослідження квантових інтерференційних явищ у нормальних та надпровідних наносистемах” (№ держ. реєстрації 0104U008598).

Мета і задачі дослідження – мета роботи полягає в використанні мікроконтактної спектроскопії для вивчення особливостей електрон-фононної взаємодії і надпровідного стану нікельборокарбіду YNi2B2C, а також у вивчені процесів, пов’язаних з протіканням в контактах електричного струму високої щільності через межу між феромагнетиком та немагнітним металом.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

· для монокристалів та епітаксійних плівок YNi2B2C отримати спектри андрєєвського відбиття та їх температурні і магнітопольові залежності для головних кристалографічних напрямків;

· використовуючи торію БТК, із спектрів визначити залежності надпровідної щілини від магнітного поля і температури, провести аналіз отриманих даних щодо визначення особливостей надпровідного стану.

· отримати МК спектри електрон-фононної взаємодії для YNi2B2C в нормальному стані для головних кристалографічних напрямків;

· дослідити явище протікання струму високої щільності через гетероконтакт „феромагнетик-немагнітний метал“ та пов’язані з ним ефекти передачі спінового обертового моменту. Визначити умови, за яких спостерігаються останні.

Об’єкт дослідження – монокристали та епітаксійні плівки надпровідника YNi2B2C; гетероструктури феромагнетик-нормальний метал.

Предмет дослідження – вольт амперні характеристики та їх похідні нанорозмірних контактів між двома провідниками.

Метод дослідження – мікроконтактна спектроскопія.

Наукова новизна дисертаційної роботи. Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в тому, що в ній вперше:

· отримано спектри андрєєвського відбиття для надпровідного нікельборокарбіду YNi2B2C, як у вигляді тонких плівок, так і монокристалів, в залежності від температури 4.2-ТС (?15.5 К), магнітного поля 0-НС2 (?8 Т) та кристалографічного напрямку;

· отримано значення та температурні залежності надпровідної щілини для основних кристалографічних напрямків [100], [110] та [001] монокристала YNi2B2C та визначена характерна картина анізотропії надпровідної щілини;

· експериментально отримано МК спектри ЕФВ в YNi2B2C для основних кристало-графічних напрямків;

· показано, що поява „магнітних” особливостей на МК спектрах гетероконтактів „феромагнетик-немагнітний метал“ пов’язана з відхиленням від спектрального (балістичного) режиму протікання струму.

Наукове й практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що:

· в сімействі нікельборокарбідів природа надпровідності остаточно не з’ясована, тому вивчення надпровідного стану та ролі ЕФВ в цих сполуках може дати відповідь на дане питання;

· вони доповнюють знання, що до впливу протікання струму високої щільності через гетероструктури з феромагнетиків та немагнітних металів. Подібні структури можуть знайти потенційне застосування в спінтроніці в якості базових елементів пам’яті та при розробці нанорозмірних ВЧ-приладів (генераторів, резонаторів та ін.).

Особистий внесок автора. Автор отримав усі експериментальні результати, що наведені в дисертації, займався підготовкою установки та зразків до вимірювання, а також брав участь у обробці та обговоренні отриманих результатів, написанні наукових статей за темою дисертації та підготовці доповідей на конференції.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися на таких міжнародних конференціях:

· Міжнародна конференція: Нанорозмірні системи: електронна, атомна будова і властивості - НАНСИС–2004, 12-14 жовтня 2004, Київ;

· The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems SCES'05, 26-30 July, 2005, Vienna, Austria;

· NATO Advanced Research Workshop: Electron Correlation In New Materials And Nanosystems, 19-23 September, 2005, Yalta, Ukraine;

· Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики "ЕВРИКА-2006", 15-17 травня 2006, Львів, Україна.

· M2S – HTSC VIII: 8th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductor, 9-14 July, 2006, Dresden, Germany.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 праць, у тому числі 4 статті у наукових журналах [1-4] та 5 тез доповідей на міжнародних конференціях [5-9].

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу та 6 розділів, висновків та переліку використаних джерел. Дисертацію викладено на 90 сторінках, ілюстровано 33 рисунками і 3 таблицями. Перелік використаних джерел містить 86 праць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, визначенні її мета і методи досягнення, наукова та практична новизна отриманих результатів, а також структура дисертації. Крім цього, охарактеризовано особистий внесок здобувача, наведені відомості про апробацію результатів.

Перший розділ містить огляд наукової літератури з методу та теми досліджень. У ньому також наведено вже отримані відомості про надпровідність в немагнітних нікельборокарбідах YNi2B2C і LuNi2B2C та про індуковані електричним струмом збудження магнітної підрешітки феромагнетику в шаруватих F-N-F наноструктурах, а також питання, що потрібно вирішити в рамках цих тем.

У другому розділі наводяться відомості що до модуляційної методики вимірювання першої та другої похідних ВАХ, методів створення мікроконтактів, схеми експериментальної установки та процесу підготовки зразків до вимірювання. Детально описано вперше запропонований спосіб отримання чистої поверхні монокристалів YNi2B2C, для проведення напрямленої МК спектроскопії, який може бути використаний при дослідженні інших нікельборокарбідів.

Третій розділ містить відомості з вимірювання андрєєвських МК спектрів на немагнітному нікельборокарбіді YNi2B2C, як на епітаксійних плівках (RRR=10, ТС=15.2 К, ?Т=0.3 К), так і на монокристалах (RRR=40 (монокристал А) і 62 (монокристал Б), ТС=15.4 К, ?Т=0.1 К). Усі зразки було виготовлено в Інституті фізики твердого тіла і матеріалів (Дрезден, Германія).

Для визначення величини надпровідної щілини використовувалася модифікована теорія Блондера-Тінкхама-Клапвійка з урахуванням кінцевого часу життя куперівських пар [1].

Результати вимірювань на епітаксійній плівці виявили розподіл у значенні надпровідної щілини у межах 1.5-2.4 меВ (див. рис. 1). При цьому для ряду контактів було отримано андрєєвські спектри при різних температурах, від температури рідкого гелію до температур вище ТС. Незалежно від величини щілини, усі контакти демонстрували зникнення надпровідних особливостей на спектрах в межах температур 15-16 К, що добре корелює з ТС плівки.

Першу частину результатів для монокристалів А було отримано при торкані ребрами самого монокристалу YNi2B2C та полікристалічних контрелектродів з Cu або Au. При цьому орієнтація напрямку діаграми розтікання струму в контакті відносно кристалографічної орієнтації зразка була випадковою. Визначені потім, з отриманих 60-ти спектрів, величини над провідної щілини також демонстрували розподіл значень (див. рис. 2). Близько 80 % яких, знаходилися в межах 1.5-2.4 меВ, саме в таких межах спостерігався роз-поділ у значеннях щілини для плівки.

Інша частина андрєєвських спектрів була отримана для монокристалів А і Б, які попередньо було відшліфовано на дрібнозернистому наждачному папері і протравлено. В такий спосіб вдалося на гранях монокристалів отримати рівні та чисті ділянки поверхні, для проведення напрямленої МК спектроскопії щілинних особливостей. В результаті чого було виявлено, що менша щілина ?1.5 меВ спостерігається вздовж кристалографічного напрямку [100], тоді як для напрямку [001], перпендикулярному шарам Y-C та Ni-B, величина щілини відповідає БКШ відношенню 2?/kBTC=3.52 і склала 2.3 меВ (див. рис. 3). Звичайно використаний метод шліфування не був ідеальним, що в свою чергу призводило до відхилення вісі контакту від попередньо вибраного напрямку, а значить і до певного розподілу в значеннях ?

для всіх напрямків. Так само, як і для епітаксійної плівки, надпровідні особливості на МК спектрах зникали в інтервалі температур 15-16 К, що відповідав ТС монокристалів.

Четвертий розділ присвячений аналізу температурних та магнітопольових залежностей андрєєвських спектрів, в інтервалі температур 4.2-16 К та магнітного поля 0-7 Т. Тут також підведено підсумки результатів вимірювання надпровідної щілини в YNi2B2C.

При вимірюванні МК спектрів з щілинними особливостями було отримано температурні залежності надпровідної щілини для основних кристалографічних напрямків [100] та [001] (рис. 4). Як видно, зале-жність ?(Т) для напрямку [001] добре описується теоретичною БКШ залежністю, тоді як для напрямку [100] температурна залежність щілини відхиляється від БКШ кривої в бік менших значень ? з наближенням до температури переходу до надпровідного стану (ТС=15.5 К), що характерно для поведінки меншої щілини двозонного надпровідника MgB2 [2]. Таку поведінку можна пояснити тим, що група надпровідних електронів однієї з незв’язаних поверхонь Фермі з більшим значенням ? стимулює надпровідність в іншій частині Фермі поверхні з меншим значенням параметру ?, за рахунок міжзонного розсіювання електронів.

Магнітопольові залежності андрєєвських спектрів було отримано як для плівок так і для монокристалів. Всі вони мали одну спільну, яскраво виражену рису: інтенсивність надпровідної особливості суттєво подавлялася магнітним полем в 2-3 Тесла, тоді як сама особливість повністю зникала в полях 5-6 Тесла для плівки та 6-7 Тесла для монокристалів.

Для кількох контактів було отримано залежності надпровідної щі-лини та надлишкового струму в контакті від магнітного поля (рис. 5). Хоча інтенсивність андрєєвських спектрів сильно зменшувалася в по-лях 2-3 Тесла, результати розрахунків не показали різкого зменшення значення ? в контакті для такого магнітного поля (за винятком ?(В) для меншої щілини). Надлишковий струм навпаки показав різке зменшення з ростом магнітного поля, так що залежності Iнад(B) мали чітко виражену позитивну кривизну для усіх контактів, незалежно від того, яке значення щілини для них було отримано та на якому зразку вони були створені. Подібна поведінка надлишкового струму була помічена в роботі [3], в котрій досліджувалися МК спектри MgB2, що на даний момент є еталонною і єдиною сполукою, з експериментально підтвердженим фактом існування багатозонної надпровідності.

У п’ятому розділі наводяться результати вимірювання МК спектрів ЕФВ нікельборокарбіду ітрію, як для гомо- так і для гетероконтактів. Для зменшення впливу надпровідних особливостей на фононні спектри використовувалося зовнішнє магнітне поле або нагрівання зразків до температур вище від критичної.

Отримані МК спектри та функції ЕФВ (див. рис. 6 а та б, відповідно) мали дві характерні особливості, котрі добре корелюють зі щільністю фононних станів (ЩФС), отриманих з розсіювання повільних нейтронів [4]. Низько-енергетичний максимум відповідає розсіюванню електронів на групі акустичних фононів, при цьому найбільш інтенсивно вони взаємодіють з фононною гілкою, котрій в ЩФС відповідає максимум при 12 меВ. Розмита особливість в районі 40-70 меВ, обумовлена розсіюванням електронів на групі оптичних фононів з максимумами на ЩФС при 50 та 60 меВ.

Для отриманих спектрів було розраховано константу ЕФВ л [5], для чого фоновий сигнал розраховувався за допомогою ітераційної процедури з використанням виразу для фону, взятого з роботи [6]. Значення л склало 0.1, що на порядок менше існуючих в літературі даних л?0.9 [7, 8]. Пояснення цьому може бути наступним: по-перше, вираз для л було отримано в моделі вільних електронів і простої однозв’язної поверхні Фермі; по-друге, необхідно враховувати відхилення від балістичного режиму, з урахуванням довжини пружного розсіювання електронів, котру важко адекватно оцінити для кожного окремого мікроконтакту; по третє, сам контакт міг складатися з кількох мікромістків, частина з яких не відповідала умовам спектрального режиму.

В гетероконтактах разом зі спектрами ЕФВ знімалися і спектри андрєєвського відбиття. Було помічено, що незалежно від того, яке значення надпровідної щілини було отримане для того чи іншого контакту, МК спектри ЕФВ мали схожий вигляд до спектрів отриманих на гомоконтактах. Подібне спостереження підтверджує той факт, що розподіл в значеннях ? є особливістю надпровідного стану самої сполуки YNi2B2C і не пов’язане з порушенням структури кристалічної решітки чи стехіометрії зразка в приконтактній області, оскільки МК спектри ЕФВ дуже чутливі до таких змін. Також можна резюмувати, що для YNi2B2C не спостерігалося помітної анізотропії МК спектрів електрон-фононної взаємодії.

Аналіз спектрів, отриманих для окремих контактів при різних температурах та значеннях магнітного поля, вказує на те, що в більшості контактів режим протікання струму був близьким до дифузійного.

Шостий розділ містить результати дослідження явища передачі обертального спінового моменту (ПОСМ) [9, 10] від електронів провідності до кристалічної решітки феромагнетику на межі розподілу феромагнетик-нормальний метал (F-N). Обумовлене струмом збудження впорядкованих магнітних моментів кристалічної решітки призводить до розсіювання електронів на F-N-межі, що проявляється в зміні провідності F-N структури (як правило це зростання опору, що рівноцінно появі максимумів на диференційному опорі Rd(I)=dV/dI).

Це явище потребує наявності високої щільності струму (~107 А/см2) та чіткої межі розподілу двох систем, однієї з магнітним впорядкуванням та іншої – без нього. Такі умови легко реалізувати за допомогою традиційних методів створення мікроконтактів, що і було використано при проведені дослідження впливу режиму протікання струму на ПОСМ.

Одним з критеріїв, для визначення режиму проходження електронів через нанорозмірні контакти між двома провідниками, може слугувати вигляд їх МК спектрів ЕФВ. Інтенсивність та виразність фононних особливостей на спектрах залежить від того, наскільки є близькими траєкторії руху електронів до балістичних, при проходженні через закоротку. Характерними параметрами, що визначають розсіювання електронів, є лінійні розміри контакту та щільність дефектів кристалічної решітки.

Разом з фононними особливостями, в F-N гетероконтактах спостерігалися особливості, пов’язані з генерацією збуджень в магнітній підрешітці, при протіканні електронів з нормального металу в феромагнетик. Обумовлена ПОСМ зміна опору мікроконтакту проявляла себе на МК спектрах ЕФВ у вигляді N-подібних особливостей. Такі спектри були отримані для феромагнетиків Fe, Co і Ni. Ширина таких сплесків часто була меншою за роздільну здатність МК спектроскопії, що свідчить про їх не спектральне походження. При накладанні зовнішнього магнітного поля, N-подібні особливості зміщувалися в область більших енергій, що підтверджує їх магнітну природу.

Більшість результатів була отримана на гетероконтактах з кобальтом. Проаналізувавши масив отриманих спектрів, можна було прийти до висновку, що N-подібні особливості частіше з’являються для контактів зі слабкими, чи майже відсутніми фононними максимумами (див. рис. 7). Для визначення якості фононних особливостей слугувало відносне значення фонового сигналу . Останнє визначалося як відношення інтенсивності фонового сигналу при 40 мВ (що близько до максимальної частоти в ЩФС кобальту) до інтенсивності першого фононного максимуму кобальту.

Добре видно, що вищою є вірогідність виявлення індукованих струмом магнітних збуджень для контактів близьких до небалісти-чного режиму, і навпаки: балістичні контакти демонструють, що балі-стичний режим менш сприятливий для генерації спінових збуджень в магнітній підсистемі. Також слід зазначити, що і дифузійний характер протікання струму через мікроконтакт не є достатнім для появи магнітних особливостей. Відносно значна частина контактів (?30%) не проявила особливостей, пов’язаних з ПОСМ.

Таким чином, проведений експеримент є прямим доказом можливості реалізації нещодавно запропонованого механізму збудження неполяризованим струмом прецесії намагніченості в N-F-N структурі з одним феромагнітним шаром [11]. Ефект полягає в акумуляції поблизу N-F поверхні електронів зі спінами антипаралельними намагніченості феромагнетику, котра стимулюється при малій пружній довжині пробігу електронів. Акумульований таким чином на межі «незрівноважений спін» діє на феромагнетик, призводячи до прецесії його намагніченості. Очевидно, що в розглянутій моделі ефект має бути відсутнім в балістичному режимі

У висновках викладено основні наукові результати дисертації.

Висновки.

В дисертаційній роботі виконані поставлені завдання та отримано наступні результати:

1. Як для с-орієнтованих епітаксійних плівок, так і для монокристалічних зразків нікельборокарбіду ітрію, було виявлено розподіл в значені надпровідної щілини. При цьому температура, за якої зникали ці особливості, лишалася постійною, незалежно від величини щілини, і відповідала температурі переходу зразка в надпровідний стан.

2. Вимірювання андрєєвських спектрів на монокристалах YNi2B2C для головних кристалографічних напрямків, дало можливість встановити анізотропію надпровідної щілини: в напрямку с спостерігається більша щілина величиною 2.3 мВ, тоді як для а напрямку величина щілини 1.5 мВ.

3. З отриманих в магнітному полі андрєєвських спектрів було встановлено магнітопольові залежності надпровідної щілини та надлишкового струму, специфічна поведінка яких свідчить про багатозонний надпровідний стан в YNi2B2C.

4. Аналізуючи дані з вимірювання андрєєвських спектрів та спектрів ЕФВ на монокристалах, було виявлено, що контакти мають подібні спектри ЕФВ, в той час як значення надпровідної щілини у них відмінні. Така поведінка свідчить про те, що у всіх цих контактів кристалічна структура сполуки була тією самою. Усі вищенаведені факти дали можливість зробити висновок, що до наявності анізотропії надпровідної щілини в YNi2B2C та відтворити її характерну картину.

5. Вперше отримано МК спектри ЕФВ для гомоконтактів YNi2B2C-YNi2B2C в нормальному стані, котрі демонструють превалюючі максимуми при 12 меВ та слабку особливість поблизу 50 меВ. Таким чином, спектри вказують на те, що основний вклад в функцію ЕФВ дають низькоенергетичні фонони певної енергії.

6. Для мікроконтактів „феромагнетик-немагнітний метал“ продемонстровано, що при наявності одного F шару, їх dV/dI залежності мають практично ті ж самі особливості, пов’язані зі збудженнями в магнітній підсистемі феромагнетику, котрі раніше спостерігалися на більш складних багатошарових F-N-F… наноструктурах. Тобто ефект має більш загальний характер і вимагає лише наявності однієї N-F межі і високої щільності струму.

7. За допомогою МК спектроскопії фононних збуджень, при дослідженні ефекту прецесії намагніченості в N-F контакті, виявлено, що найбільш сприятливими для його реалізації є дифузійний або тепловий режими протікання струму, в той час як збудження магнітної підсистеми в контактах близьких до балістичних не спостерігалися.

ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Фисун В.В., Балкашин О.П., Найдюк Ю.Г., Башлаков Д.Л., Янсон И.К., Коренивски В., Шехтер Р. Особенности в нелинейной электропроводности наноконтактов на основе ферромагнитных металлов Co и Fe // Металлофиз. новейшие технол. – 2004. – т. 26, № 11. – С. 1439–1446.

2. Bashlakov D.L., Naidyuk Yu.G., Yanson I.K., Wimbush S. C., Holzapfel B., Fuchs G. and Drechsler S-L. Distribution of superconducting gap in epitaxial YNi2B2C film studied by point contacts // Supercond. Sci. Technol. – 2005. – Vol. 18, No. 8. – P. 1094–1099.

3. Yanson I.K., Naidyuk Yu.G., Bashlakov D.L., Fisun V.V., Balkashin O.P., Korenivski V., Konovalenko A. and Shechter R.I. Spectroscopy of Phonons and Spin Torques in Magnetic Point Contacts // Phys. Rev. Lett. – 2005. - Vol 95, No. 18. – P 186602-1–186602-4.

4. Bashlakov D.L., Naidyuk Yu.G., Yanson I.K., Wimbush S. C., Holzapfel B., Fuchs G. and Drechsler S-L. Point-Contact Spectroscopy of the Borocarbide Superconductor YNi2B2C in the Normal and Superconducting State // Journal of Low Temp. Phys. – 2007. – Vol. 147, No 3/4. – P. 335-352.

5. Фисун В.В., Балкашин О.П., Найдюк Ю.Г., Башлаков Д.Л., Янсон И.К., Коренивски В., Шехтер Р. Особенности в нелинейной электропроводности наноконтактов на основе ферромагнитного металла: Co // НАНСИС–2004, тези міжнародної конференції „Нанорозмірні системи: електронна, атомна будова і властивості “, Київ (Україна), – 2004, – С. 344.

6. Bashlakov D.L., Naidyuk Yu.G., Yanson I.K., Wimbush S. C., Holzapfel B., Fuchs G. and Drechsler S-L. The superconducting gap distribution in YNi2B2C film studied by S-c-N point contacts // SCES'05 „The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems“, Proceedings, – Viena (Austria), – 2005, – P. 135.

7. Башлаков Д. Мікроконтактна спектроскопія надпровідного нікельборокарбіду YNi2B2C // тези Міжнародної конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики "ЕВРИКА-2006" – Львів (Україна) – 2006, – С. С66.

8. Naidyuk Yu., Bashlakov D., Yanson I., Fuchs G., Behr G., Souptel D. and Drechsler S-L. Point-contact spectroscopy of the borocarbide superconductor YNi2B2C// M2S – HTSC VIII: 8th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductor, Proceedings, – Dresden (Germany), –2006, – P. 262.

9. Naidyuk Yu., Bashlakov D., Bobrov N., Kvitnitskaya O., Yanson I., Fuchs G., Behr G., Souptel D. and Drechsler S-L. Point-contact spectroscopy of the borocarbide superconductor RNi2B2C (R=Y, Ho, Lu)// M2S – HTSC VIII: 8th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductor, Proceedings, – Dresden (Germany), –2006, – P. 166.

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ В АВТОРЕФЕРАТІ ПОСИЛАНЬ

1. Plecenнk A., Grajcar M., Beтaиka S., Seidel P., Pfuch A. Finite-quasiparticle-lifetime effects in differential conductance of Bi2Sr2CaCu2Oy/Au junction // Phys. Rev. B. – 1994. – Vol. 49, No. 14. – P. 10016–10019.

2. Szabу P., Samuely P., Kaиmarиik J., Klein T., Marcus J., Fruchart D., Miraglia S., Marcenat C., and Jansen A. G. M. Evidence for two superconducting energy gaps in MgB2 by point-contact spectroscopy // Phys. Rev. Lett. – 2001. – Vol. 87, No. 13. – P. 137005-137009.

3. Naidyuk Yu. G., Kvitnitskaya O. E., Yanson I. K., Lee S., and Tajima S. Excess current in point contacts on two-band superconductor MgB2 in magnetic field // Solid State Commun. – 2005. – Vol. 133, No. 6. – P. 363-367.

4. Gompf F., Reichardt W., Schober H., Renker B., and Buchgeister M. Lattice vibrations and electron-phonon coupling in superconducting quarternary borocarbides: An inelastic neutron-scattering investigation // Phys. Rev. B – 1997. – Vol. 55 No. 14. – P. 9058-9066.

5. Янсон И.К., Хоткевич А.В. Атлас микроконтактных спектров электрон-фононного взаимодействия в металлах. – Киев: Наукова думка, 1986. – с.32.

6. Yanson I.K., Kulik I.O., Batrak A.G. Point-contact spectroscopy of electron-phonon interaction in normal metal single cristals // J. Low Temp. Phys. – 1981. – Vol. 42, No. 5/6. – P. 527-556.

7. Michor H., Holubar T., Dusek C., Hilscher G. Specific-heat analysis of rare-earth transition-metal borocarbides: An estimation of the electron-phonon coupling strength // Phys. Rev. B. – 1995. – Vol. 52, No. 22. – P. 16165–16175.

8. Martнnes-Samper P., Suderow H., Vieira S., Brison P.J., Luchier N., Lejay P., Canfield P.C. Phonon-mediated anisotropic superconductivity in Y and Lu nickel borocarbides // Phys. Rev. B. – 2003. – Vol. 67, No. . – P. 014526-1–014526-5.

9. Slonchewski J. S. Current-driven excitation of magnetic multilayers // J. Magn. Magn. Mater. – 1996. – Vol. 159. No 1/2 . – P. L1–L7.

10. Berge L. Emission of spin waves by magnetic multilayer traversed by a current // Phys. Rev. B. – 1996. – Vol. 54, No. 13. – P. 9353–9358.

11. Polianski M. L., Brouwer P. W. Current-induced transverse spin-wave instability in a thin nanomagnet // Phys. Rev. Lett. – 2004. – Vol. 92, No. 2. – P. 026602-1–026602-4.

АННОТАЦИЯ

Башлаков Д. Л. Микроконтактная спектроскопия сверхпроводящего никельборокарбида YNi2B2C и гетероконтактов ферромагнетик-немагнитный металл. – Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - «Физика твердого тела». Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины. Харьков, 2007.

Диссертация посвящена исследованию с помощью микроконтактной спектроскопии никельборокарбида иттрия YNi2B2C в сверхпроводящем и нормальном состояниях и влияния режима протекания тока на передачу вращательного спинового момента в гетероконтактах ферромагнетик-немагнитный металл.

Для монокристаллов и эпитаксиальных пленок YNi2B2C получено распределение значений сверхпроводящей щели в плотности электронных состояний. Предложен способ обработки поверхности монокристаллов, который позволил определить значения щели и ее температурные зависимости для основных кристаллографических направлений. Установлено, что минимальное значение ?=1.5 меВ соответствует направлению [100], для направления [001] ?=2.3 меВ. Из измеренных в магнитном поле андреевских спектров, были восстановлены магнитополевые зависимости сверхпроводящей щели и избыточного тока в контакте, специфическое поведение которых свидетельствует о многозонном сверхпроводящем состоянии в YNi2B2C. В нормальном состоянии измерены спектры ЭФВ с двумя особенностями, соответствующими рассеянию электронов на акустических и оптических ветвях колебания кристаллической решетки. Установлено, что наиболее интенсивно электроны взаимодействуют с низкоэнергетическими фононами, которым в плотности фононных состояний соответствует максимум при 12 меВ.

На гетероконтактах Co (Fe, Ni)-Cu (Ag), наряду с фононными особенностями, наблюдались особенности, соответствующие обмену спиновым моментом между неполяризованным потоком электронов и магнитной решеткой, при протекании тока через границу раздела между нормальным металлом и ферромагнетиком. Показано, что наиболее благоприятным для возбуждения прецессии намагниченности являются диффузионный и тепловой режимы протекания тока через микроконтакт. Напротив, аналогичные возбуждения магнитной подсистемы в контактах близких к баллистическому режиму не наблюдались.

Ключевые слова: микроконтакт, андреевское отражение, сверхпроводящая щель, электрон-фононное взаимодействие, передача спинового момента.

АНОТАЦІЯ

Башлаков Д. Л. Мікроконтактна спектроскопія надпровідного нікельборокарбіду YNi2B2C та гетероконтактів феромагнетик-немагнітний метал. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – «Фізика твердого тіла». Фізико-технічний інститут ім. Б. Вєркіна НАН України. Харків, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню за допомогою мікроконтактної спектроскопії нікельборокарбіду ітрію YNi2B2C в надпровідному і нормальному станах та впливу режиму протікання струму на передачу обертального спінового моменту в гетероконтактах феромагнетик-немагнітний метал.

Для монокристалів і епітаксійних плівок YNi2B2C отримано розподіл значень надпровідної щілини в щільності електронних станів. Запропоновано спосіб обробки поверхні монокристалів, який дозволив визначити значення щілини і її температурної залежності для основних кристалографічних напрямків. Встановлено, що мінімальне значення ?=1.5 меВ відповідає напрямку [100], для напрямку [001] ?=2.3 меВ. З виміряних в магнітному полі андрєєвських спектрів, було встановлено магнітопольові залежності надпровідної щілини та надлишкового струму в контакті, специфічна поведінка яких свідчить про багатозонний надпровідний стан в YNi2B2C. В нормальному стані виміряні спектри ЕФВ з двома особливостями, що відповідають розсіюванню електронів на акустичних та оптичних гілках коливання кристалічної решітки. Встановлено, що найбільш інтенсивно електрони взаємодіють з низькоенергетичними фононами, котрим в щільності фононних станів відповідає максимум при 12 меВ.

На гетероконтактах Co (Fe, Ni)-Cu (Ag), разом з фононними особливостями, спостерігалися особливості, що відповідають обміну спіновим моментом між неполяризованим потоком електронів і магнітною решіткою, при протіканні струму через межу розподілу між нормальним металом і феромагнетиком. Показано, що найбільш сприятливим для збудження прецесії намагніченості є дифузійний та тепловий режими. Навпаки, аналогічні збудження магнітної підсистеми в контактах близьких до балістичних не спостерігалися.

Ключові слова: мікроконтакт, андрєєвське відбиття, надпровідна щілина, електрон-фононна взаємодія, передача спінового моменту.

ABSTRACT

Bashlakov D. L. Point-contact spectroscopy of superconducting nickel borocarbide YNi2B2C and ferromagnetic-nonmagnetic metal heterocontacts. – The manuscript. Thesis for scientific degree of candidate of science in physics and mathematics by speciality 01.04.07 – solid state physics.

B. I. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of NAS of Ukraine, Kharkov, 2007.

The subject of this Dissertation is a point-contact spectroscopy study of yttrium nickel borocarbide YNi2B2C in the superconducting and normal states and the influence of the current flow conditions upon the spin transfer torque in ferromagnetic-nonmagnetic metal heterocontacts.

The distribution of superconducting gap values in the electron density of states has been estimated for YNi2B2C single crystals and epitaxial films. A method of processing single crystal surfaces is proposed, which allows determination of the value and temperature dependence of the gap for the basic crystallographic direction. It is found, that the lowest value ?=1.5 meV corresponds to the [100] direction, and ?=2.3 meV is obtained for the [001] direction. The Andreev spectra measured in the magnetic field were used to recover the magnetic field dependences of superconducting gap and the excess current in the contact. Their specific behavior is indicative of superconducting multiband state of YNi2B2C. The spectra of the electron-phonon interaction were measured in the normal states. They have two features that correspond to scattering at the acoustic and optical branches of lattice vibrations. It is found that the electron interact most intensively with the low-energy phonons which have a maximum in the phonon density of states at 12 meV.

In addition to the phonon peculiarities, the Co(Fe, Ni)-Cu(Ag) heterocontacts exhibit features that correspond to the spin exchange between the nonpolarized electrons and the magnetic lattice when current flow across normal metal-ferromagnet interface. It is shown that the diffusive and thermal regimes are most favorable for exiting magnetization precession. In contrast, such excitation of the magnetic subsystem were absent in ballistic contacts.

Key words: point contact, Аndreev reflection, superconducting gap, electron-phonon interaction, spin transfer torque.

______________________________________________________

Підписано до друку 27.08.2007 р. Формат 60х90/16

Папір друкарський № 1. Друк різографічний.

Обсяг 0,8 ум.-друк. арк. Наклад 100 прим. Зам № 205

Безкоштовно.

______________________________________________________

Надруковано у центрі оперативної поліграфії ТОВ “Рейтинг”.

61022, м. Харків, вул. Сумська, 37.

Тел. (057) 700-53-51, 714-34-26, 771-00-92, 771-00-96.