Аннотация:Контакты Джозефсона с ферромагнитной прослойкой (SFS) активно изучались в течение последних двух десятков лет (см. обзоры [1,2]). При этом широко использовались приближения “чистого” (l » ξ) [3] и “грязного” (l « ξ) [4] предела, где l — средняя длина свободного пробега, ξ — длина когерентности. Делались попытки описать и промежуточный случай произвольного рассеяния [5,6], но полученные в них решения были или слишком сложны для анализа и сравнения с экспериментальными данными, или основывались на неконтролируемых допущениях.
Туннельные ферромагнитные джозефсоновские SIFS контакты, содержащие дополнительный диэлектрический слой (I), интересны с точки зрения применения как потенциальные логические элементы в сверхпроводящих устройствах, так как диэлектрический барьер сильно подавляет квазичастичный ток. С теоретической точки зрения, SIFS контакты это удобная система для изучения переходов между 0 и π состояниями при произвольном соотношении характерных длин: средней длины свободного пробега l, толщины ферромагнитного слоя d, магнитной ξH=vF/2H и немагнитной ξ0=vF/2πT длины когерентности, где vF — скорость Ферми, а H - обменная энергия в ферромагнетике, T — температура. Пространственная модуляция параметра порядка описывается комплексной длиной когерентности ферромагнетика ξF = (ξ1-1+ iξ2-1)-1. Хорошо известно, что в «грязном» пределе, т.е. когда l«ξ1, ξ 2, d, обе длины совпадают ξ12=ξ22= vFl/3H.
В данной работе исследовалось пространственное распределение аномальной квазиклассической гриновской функции и тока Джозефсона в SIFS контакте. Для этого были решены линеаризованные уравнения Эйленбергера [7] с граничными условиями Зайцева [8]. Это позволило исследовать случай произвольной величины рассеяния и установить границы применимости уравнений Узаделя, используемых в «грязном» пределе. В работе показано, что при произвольном соотношении l, ξH, и d, пространственное распределение аномальной функции Грина может аппроксимироваться экспоненциальной функцией с хорошей точностью, и определены соответствующие длины ξ1 и ξ2. Также была проанализирована роль различных типов граничных условий на FS границе. Полученные соотношения применялись для интерпретации экспериментальных результатов, полученных на Nb-Al2O3-Cu-Ni-Nb джозефсоновских контактах [9].
[1] A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, E. Il'ichev, Rev. Mod. Phys. 76, 411 (2004).
[2] A. I. Buzdin, Rev. Mod. Phys. 77, 935 (2005).
[3] A. И. Буздин, Л. Булаевский, С. Панюков, Письма в ЖЭТФ 35, 178 (1982).
[4] A. Буздин, Б. Вуйчич, М. Куприянов, Письма в ЖЭТФ 74, 124 (1992).
[5] F. S. Bergeret, A. F. Volkov, and K. B. Efetov, Phys. Rev. B 64, 134506R (2001).
[6] J. Linder, M. Zareyan, and A. Sudbo, Phys. Rev. B 79, 064514 (2009).
[7] G. Eilenberger, Z. Phys. 214, 195 (1968).
[8] А. В. Зайцев, Письма в ЖЭТФ 59, 1015 (1984).
[9] A. A. Bannykh, J. Pfeiffer, V. S. Stolyarov, I. E. Batov, V. V. Ryazanov, M. Weides, Phys. Rev. B 79, 054501 (2009).
