WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

a) Контакты с баллистическим типом экспериментальных данных проводимости. В случае контактов с баллистическим механизмом проводимости проводимость контакПри анализе экспериментальных спектров андреевта G удобно представить в виде двух аддитивных ских контактов с манганитами обычно предполагается, слагаемых [10]: неполяризованной части GNS (соответчто точечные контакты, приготовленные на совершенствующей андреевскому контакту с немагнитным металных кристаллах (пленках) LCMO, находятся в баллистилом) и полностью поляризованной части GPS (контакт ческом режиме, когда упругая длина свободного пробега сверхпроводник–ферромагнетик с полной поляризацией электронов l существенно больше диаметра контакта d.

носителей заряда). Характер проводимости андреевского В таком случае можно считать, что практически все контакта с немагнитным металлом был изучен ранее напряжение V приложено непосредственно к самому в работе [18]. В частности, рассеяние на границе моконтакту, в результате чего по обе стороны от контакта делируется -потенциальным барьером с безразмерной металлы находятся в равновесном состоянии с функцияамплитудой Z: при этом случай Z = 0 соответствует ми распределения Ферми f (E - eV, T ) для нормального пределу чистой поверхности раздела, а значения Z > металла и f (E, T ) для сверхпроводника. Диаметр d отвечают туннельному характеру проводимости. Отметакого точечного контакта с сопротивлением RN можно тим, что, если контактирующие N и S металлы имеют Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Спиновая поляризация и андреевское отражение носителей заряда в точечных контактах... разные фермиевские скорости, vFN = vFS, эффектив- В общем случае в проводимости участвуют оба кана ный параметр Z = 0, даже если на границе раздела ла, поэтому полная проводимость контакта есть сумма полностью отсутствует какое-либо рассеяние носителей вкладов заряда. Легко убедиться, что эффективный потенциальG(V ) =(1 - PC)GNS(V ) +PCGPS(V ), (8) ный барьер на границе характеризуется в таком случае параметром где GNS(V ) и GPS(V ) соответственно даются формула(1 + r)Z = Z0 + - 1, (3) ми (4) и (6).

4r Рис. 4 иллюстрирует типичные результаты обработки где r = vFN/vFS, а Z0 — характеризует потенциальный экспериментальных данных для контакта Pb/LCMO по барьер на контакте при равных фермиевских скоростях формулам (4)–(8). Восстановленные значения параметметаллов. Андреевская проводимость N/S контакта даров теории равны: Z = 0.75, = 1.3meV и PC = 0.75.

ется известным выражением [18] Полученное эффективное значение параметра Z может быть обусловлено разностью скорости электронов на df (E - eV, T ) GNS(V ) =GNN уровне Ферми в свинце и в манганите: согласно форdV - муле (3), при Z0 = 0 и Z = 0.75 выполняется равенство 1 + AN(E, Z) - BN(E, Z) dE, (4) r = vPbvLCMO 3. (9) F F где GNN — проводимость при eV, а энергия элекb) Контакты с диффузионным типом трона E отсчитывается от уровня Ферми сверхпроводпроводимости. Для контактов с сопротивлениника. Функция AN(E, Z) дает вероятность андреевского ем RN < 100 более адекватным является диффузотражения (т. е. отражения с трансформацией электрона ное приближение, которое предполагает, что импульс в дырку), а BN(E, Z) соответствует обычному отражеэлектронов перестает быть хорошим квантовым чиснию. Сумма вкладов G0N = 1 + AN - BN в (4) равна лом, l d, но при этом d lel, где lel — длина неупругого пробега. Такой предел более соответствует 2(1+ )(1+Z2), E < (T ), 2+(1+2Z2)S/N контактам, приготовленным методом „втирания“.

G0N(E) = (5) 2(1+Z2) Предположим, что сверхпроводник остается „чистым“, E > (T ), 1++2Z(т. е. lS S, где S — где сверхпроводящая длина 2 когерентности), но кроме N/S интерфейса к области где = E/ - E2. В общем случае зависимость энергеконтакта примыкает широкий слой неупорядоченного тической щели сверхпроводника (E) от энергии E приферромагнетика, в котором длина свободного пробега водит к появлению особенностей в проводимости конэлектронов много меньше размера контакта. В таком такта G(V ) при напряжении смещения eV = + i, приближении обобщение формул [18] для проводимости, где — параметр энергетической щели БКШ, а i — определяемой выражением положение пиков в фононной плотности состояний инжектора (манганита) [19]. Именно таким является, G0N = GNS| T =0= 1 + AN(E) - BN(E), (10) по-видимому, физическое происхождение наблюдаемой тонкой структуры проводимости некоторых контактов за пределы баллистической гипотезы приводит к резульLCMO/MgB2 и LSMO/Pb (рис. 5, кривые a и b).

тату [11] Проводимость полностью поляризованного канала GPS можно представить в аналогичной форме (1+(E)2) Im [F 2Z2 - i(E) ], E < (T ), (E) 1+ AN - BN = df (E - eV, T ) (E)F 2Z2 + (E), E > (T ), GPS(V ) =GNF dV (11) E < (T ), 0, [1 + AP(E, Z) - BP(E, Z)]dE, (6) 1 + AP - BP = (E)F 2Z2 1 + ((E)+1)2, E > (T ), где GNF есть проводимость канала при eV, параметр AP описывает андреевское отражение для по(12) ляризованного тока, а BP — „обычное“ отражение.

где обозначено F(x) =(x2 - 1)-1/2 ln(x + x2 - 1). ПолПри |E| < для полностью поляризованных электронов ная проводимость контакта в диффузном приближении андреевское отражение невозможно и функция AP = 0:

дается формулами (4), (6), (8) и (11), (12). Отметим, электрон со спином „вверх“ не может найти партнера что, если контакт находится в диффузном пределе, со спином „вниз“, что необходимо для создания куперасчеты по формулам баллистической модели могут ровской пары. При |E| > имеем привести к заниженному значению поляризации тока:

часть электронов, которая в баллистическом пределе 4(1 + Z2) G0P = 1 + AP - BP =. (7) прошла бы через контакт по механизму андреевского (1 + )2 + 4ZФизика твердого тела, 2006, том 48, вып. 412 А.И. Дьяченко, В.А. Дьяченко, В.Ю. Таренков, В.Н. Криворучко отражения, в результате рассеяния возвращается назад лее того, этот приповерхностный слой может содержать в N металл. При использовании формул баллистической атомы, магнитные моменты которых неупорядочены в модели этот эффект дает завышенное значение парамет- пределах постоянной решетки. Рассеяние электронов ра Z и заниженное значение поляризации PC. на таком магнитно-неупорядоченном слое эффективно Для Pb/LCMO контактов с диффузионным типом увеличивает параметр Z на величину [26] проводимости результаты обработки экспериментальных 1 dm данных дают следующие значения параметров теории:

Z2 =, (14) 1 + lm Z = 0.0, = 1.3meV и PC = 0.8. Поскольку в диффузном пределе рассеяние на границе отсутствует, резульгде — параметр, характеризующий анизотропию растирующая поляризация тока PC оказывается несколько сеяния в слое dm (отношение между вероятностью выше.

рассеяния „вперед“ и „назад“), lm — длина свободного Еще более реалистична ситуация, когда в области пробега электрона в дефектном слое. Следует также контакта в диффузном пределе находится не только предположить, что в магнитно-неупорядоченной области ферромагнетик, но и сверхпроводник. В таком случае для каждого процесса рассеяния имеется конечная ведля описания транспортных свойств металлов можно роятность изменения направления спина (спин-флип использовать уравнения Узаделя и получить для полной процессы). Такие процессы будут подавлять эффективпроводимости контакта GNP = G0P + G0N T=0 выраженое значение поляризации PC, измеряемое в андрения [24] евском контакте. В предельном режиме преобладания рассеяния „вперед“ ( 1) имеем [26] TT, E (T ), GN (1+RR)2-4RR(E/ )dm GNP(E) = TT+(T+T+TT)(E) PC P0 exp -2. (15), E (T ), l GN [(1-RR)+(1+RR)(E)](13) где P0 — поляризация тока в объеме ферромагнетика, где TT — эффективные коэффициенты прохождения l = l/ — длина пробега с переворотом спина. Оцендля электронов со спином вверх и вниз, R = 1 - T, ка величины l 100 для (LaSr)MnO3, приведенная R = 1 - T, GN =(T + T)/4. Проводимость контакта в работе [27], существенно меньше оценки величины G(V ) при T = 0 дается формулой (4) с заменой скобки dm 20. К сожалению, не ясно, насколько обосновано [1 + AN - BN] на GNP [13]. Поляризация тока теперь использовать полученную выше оценку l в нашем определяется соотношением P = T - T/(T + T).

случае. Но вывод о малой роли спин-флип процессов Обработка экспериментальных данных для Pb/LCMO можно сделать с достаточной определенностью. В больконтакта по формулам (4) и (13) восстанавливает следушинстве анализируемых образцов реализовался не балющие значения параметров теории: T = 0.9, T = 0.1, листический, а диффузный предел, и обработка данных Z = 0.0, = 1.3meV и PC = 0.8. Как видно, расхопо формулам диффузных моделей дает крайне малые ждение с баллистической теорией незначительное, что значения для параметра Z 0, т. е. параметр Z2 (14) оправдывает широкое применение баллистического при- мал. Но в таком случае, согласно экспериментальным ближения при обработке данных андреевского отра- данным [26], влиянием приповерхностных процессов жения с ферромагнетиками даже в тех случаях, ко- можно пренебречь, поэтому измеренная величина PC гда используются сравнительно низкоомные контакты соответствует объемной поляризации манганита.

(RN 10 ).

В заключение раздела отметим, что нас интересовали При определении поляризации ферромагнитных ма- свойства достаточно „чистых“ микрокристаллов LCMO, териалов кроме адекватного выбора модели контакта так как известно, что при малой длине свободного (баллистическая, диффузная, термическая) следует так- пробега электронов эффективная поляризация зарядов в же учитывать роль интерфейса. Расчеты, выполненные манганитах, наблюдаемая контактными методами, может из „первых принципов“, показывают [25], что эффекты, быть больше расчетной и даже достигать 100% [12].

обусловленные несоответствием волновых функций фер- Поэтому мы избегали анализировать данные с достаромагнетика и сверхпроводника на F/S границе, не все- точно сильным проявлением параметра „туннельности“ гда можно учесть введением эффективного -образного Z, а также результаты, полученные на мелкозернистых барьера, который лежит в основе баллистического при- пленках и неупорядоченных образцах. Кроме того, в ближения работ [10,11]. Неучет этого обстоятельства некоторых случаях наблюдались также V -образные хаможет привести к завышению эффективного парамет- рактеристики, которые не удается описать ни одним ра Z на величину 0.3 [26]. Кроме того, даже ес- из приведенных выше приближений (см., например, ли вне контакта реализуется баллистическая динамика кривую c на рис. 5). Моделирование показало, что электрона, в окрестности контакта в силу специфики его характеристики V -типа (сужение зависимостей G(V ) приготовления может существовать тонкий dm d при V 0) получаются в так называемом термическом дефектный слой, рассеяние на котором также эффектив- режиме, когда малы не только упругая l d, но и но увеличивает параметр Z баллистической модели. Бо- неупругая длины свободного пробега lin d. В таком Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Спиновая поляризация и андреевское отражение носителей заряда в точечных контактах... случае происходит диссипация энергии „горячих элек- Результаты этих экспериментов можно объяснить на тронов“, и температура в прилегающем к контакту основе расчетов [6,28], из которых следует, что учет области Teff увеличивается. Возрастание Teff приводит кулоновского отталкивания U зарядов на узлах марганца к уменьшению параметра энергетической щели (Teff).

(техника LSDA+U) приводит к удалению t2g зоны от В тепловом режиме с ростом напряжения смещения уровня Ферми и к 100% поляризации электронов провотемпература Teff возрастает, что приводит к сглаживадимости.

нию щелевой структуры в проводимости и появлению По нашему мнению, наиболее вероятное происхождеV -образных характеристик. Для таких контактов найние отмеченных выше расхождений между теорией и денное (в баллистическом пределе) значение поляризаэкспериментом, а также различными экспериментами, ции PC манганита LCMO не превышало 0.7.

выполненными на монокристаллах, связано с явлением фазовой сепарации в манганитах. Действительно, предположим, что теоретические расчеты, выполненные 4. Обсуждение результатов в технике LSDA+U [6,28], правильно предсказывают 100% поляризацию спинов для однородного ферроПроведенные методом точечной андреевской спектроскопии исследования степени спиновой поляриза- магнитного состояния манганита. Тогда для объяснения наблюдаемой в сверхпроводящих микроконтактах ции носителей заряда в La0.67Ca0.33MnO3 показывают, что эта поляризация не является полной. Восстанов- 80-85% поляризации спинов в LCMO достаточно, чтобы в площади контакта находилось 15–20% другой ленное из экспериментальных данных максимальное значение поляризации с учетом различных предполо- металлической фазы (например, антиферромагнитной жений о характере проводимости контакта составляет или спин-стекольной), для которой будет реализоваться 80–85%. Аналогичная степень поляризации электронов обычное (т. е. неполяризованное по спину) андреевское получена и в контрольных измерениях на контактах отражение. Существование фазовой сепарации в LCMO Pb/La0.7Sr0.3MnO3 (рис. 5). Подобный результат для было отмечено в самых первых нейтронных исследоваLSMO получен в работе [5], в которой также проводился ниях [4]. Эти, как и более поздние исследования фазовой выбор контактов с минимальным значением „барьерно- сепарации сканирующим туннельным [31] и электронго“ параметра Z. Наиболее детально обсуждение этих ным микроскопами [32], показали фазовую сепарацию вопросов, по-видимому, изложено в [12]. Полученные в „крупном“ ( 1000 ) масштабе, заведомо превынами результаты для степени поляризации носителей шающем характерный диаметр используемых в наших заряда в LCMO согласуются с данными туннельной экспериментах контактов Шарвина ( 100). Поэтому спектроскопии [8] и с расчетами зонной структуры маннаблюдаемая высокая, но все же неполная спиновая поганитов, выполненными в технике LSDA [21,28]. Вместе ляризация носителей заряда в LCMO может объяснятьс тем мы склоняемся к иной причине наблюдаемой ся фазовой сепарацией поверхности микрокристаллов неполной поляризации носителей заряда.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.